ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE ...dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/5652/1/15T00647.pdf · 4.3 Volumen de la tolva de entrada ..... 34 4.3.1 Análisis

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE

CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA

PELADORA DE SOYA PARA LA PANIFICADORA SAL Y

DULCE”

CAÍN CURICAMA HUMBERTO

TESIS DE GRADO

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO MECÁNICO

RIOBAMBA – ECUADOR

2016

ESPOCH Facultad de Mecánica

APROBACIÓN DE LA TESIS DE GRADO

2013-07-22

Yo recomiendo que la Tesis preparada por:

CAÍN CURICAMA HUMBERTO

Titulada:

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA PELADORA DE SOYA

PARA LA PANIFICADORA SAL Y DULCE”

Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:

INGENIERO MECÁNICO

Ing. Geovanny Novillo Andrade

DECANO FAC. DE MECÁNICA

Nosotros coincidimos con esta recomendación:

Ing. Miguel Aquino Arroba

DIRECTOR


ASESOR

ESPOCH Facultad de Mecánica

CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: CAÍN CURICAMA HUMBERTO

TÍTULO DE LA TESIS: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA

PELADORA DE SOYA PARA LA PANIFICADORA SAL Y DULCE”

Fecha de Examinación: 2015-08-20

RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:

COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO

APRUEBA FIRMA

Ing. Marco Santillán Gallegos

PRESIDENTE TRIB. DEFENSA

Ing. Miguel Aquino Arroba

DIRECTOR


ASESOR

* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:

El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.

Ing. Marco Santillán Gallegos

PRESIDENTE TRIB. DEFENSA

DERECHOS DE AUTORÍA

El Trabajo de Titulación que presentamos, es original y basado en el proceso de

investigación y/o adaptación tecnológica establecido en la Facultad de Mecánica de la

Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. En tal virtud, los fundamentos teóricos-

científicos y los resultados son de exclusiva responsabilidad de los autores. El patrimonio

intelectual le pertenece a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.

Caín Curicama Humberto

DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD

Yo, Caín Curicama Humberto, declaro que el presente trabajo de grado es de mi autoría

y que los resultados del mismo son auténticos y originales. Los textos constantes en el

documento que previenen de otra fuente están debidamente citados y referenciados.

Como autor, asumo la responsabilidad legal y académica de los contenidos de este trabajo

de grado.

Caín Curicama Humberto

Cedula de Identidad: 150082500-3

DEDICATORIA

En memoria de mi padre José, este proyecto está dedicado a mi madre María Dolores, a

mis seis hermanos, quienes con su ejemplo de lucha y perseverancia fueron el pilar

fundamental para culminar esta carrea.

A mi abuelita Francisca, que cariñosamente le digo “Mama pachi”, mujer bondadosa,

luchadora, quién me ha demostrado que en la vida hay que estar en constante

perseverancia por las dificultades que presenta y a pesar de ello siempre me mostró todo

el amor y aprecio que debemos dar a los demás.

A mi amigo Byron, con quién compartimos experiencias, dudas, alegrías, dificultades en

nuestra más fraternal amistad de estudiantes.

Humberto Caín Curicama

AGRADECIMIENTO

A Dios por brindarme la capacidad, paciencia para cumplir la meta trazada. A la Escuela

Superior Politécnica de Chimborazo en especial a la Escuela de Ingeniería de Mecánica

por ofrecer la oportunidad de cumplir un objetivo como profesional y como persona. A

los catedráticos de la Escuela de Ingeniería de Mecánica, que siempre me guiaron con sus

experiencias y sabiduría.

Además, agradecer a todos los amigos, compañeros y personas que me apoyaron de una

u otra manera motivándome siempre para seguir adelante en mí transitar cotidiano.

Humberto Caín Curicama

CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes .................................................................................................... 1

1.2 Justificación ..................................................................................................... 2

1.2.1 Justificación técnica.. ...................................................................................... 3

1.2.2 Justificación económica. .................................................................................. 3 1.2.3 Justificación social. ......................................................................................... 3

1.3 Objetivos .......................................................................................................... 3 1.3.1 Objetivo general. ............................................................................................. 3 1.3.2 Objetivos específicos ........................................................................................ 3

2. MARCO TEÓRICO 2.1 Características de la semilla de soya ................................................................ 4 2.2 Parámetros de corte de la cáscara de soya seca ............................................... 4

2.2.1 Tamaño promedio del producto. ...................................................................... 4

2.2.2 Dureza de la semilla. ....................................................................................... 5 2.2.3 Descascarado.. ................................................................................................. 5 2.2.4 Volumen de la tolva en forma de un tronco de pirámide ................................. 5

2.2.5 Volumen considerando la granulometría y la humedad de la soya ................ 5 2.2.6 Numero de semillas de soya.. ........................................................................... 6

2.2.7 Diámetro nominal de la piedra.. ...................................................................... 6 2.2.8 Velocidad de rotación.. .................................................................................... 7 2.2.9 Área del desplazamiento de una semilla .......................................................... 7

2.2.10 Fuerzas radiales y tangenciales. ..................................................................... 8

2.2.11 Torque.. ............................................................................................................ 9 2.2.12 Potencia. .......................................................................................................... 9 2.2.13 Motores eléctricos. ......................................................................................... 10

2.2.14 Pandeo de columna.. ...................................................................................... 10 2.2.15 Razón de esbeltez.. ......................................................................................... 11 2.2.16 Teoría de fatiga.. ............................................................................................ 12

2.2.17 Líneas de falla.. .............................................................................................. 12 2.2.18 Sistema de extracción de la cáscara de soya ................................................. 13

3. SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS 3.1 Definición del problema ................................................................................ 15

3.2 Declaración de la misión ................................................................................ 15 3.2.1 Descripción del equipo.. ................................................................................ 15

3.2.2 Mercado.. ....................................................................................................... 16

3.3 Necesidades y especificaciones del producto ................................................ 16

3.3.1 Objetivos de la investigación ......................................................................... 16 3.3.2 Necesidades del operario.. ............................................................................. 16 3.3.3 Necesidades del cliente .................................................................................. 17 3.3.4 Matriz de necesidades-Medidas ..................................................................... 17 3.4 Diseño conceptual .......................................................................................... 19 3.4.1 Establecimiento de funciones ......................................................................... 19 3.4.2 Estructura funcional ...................................................................................... 20

3.4.3 Funciones de la estructura de la máquina ..................................................... 21

3.5 Generación de alternativa .............................................................................. 22 3.5.1 Diagrama de la matriz morfológica .............................................................. 22 3.5.2 Matriz morfológica ........................................................................................ 23

3.5.2.1 Descripción de la solución 1 ......................................................................... 24

3.5.2.2 Descripción de la solución 2 ......................................................................... 24 3.5.2.3 Descripción de la solución 3 ......................................................................... 25 3.6 Metodología de evaluación y resultados ........................................................ 26 3.6.1 Puntaje y criterios de evaluación para la matriz de proyección ................... 26

3.6.2 Lista de objetivos.. ......................................................................................... 27 3.7 Ordenar y asignar ponderaciones relativas a los objetivos. ........................... 27 3.8 Calculo de peso relativo de los objetivos. ...................................................... 28 3.9 Parámetros de rendimiento ............................................................................ 29 3.10 Diagrama de evaluación de objetivos ............................................................ 31

4. DISEÑO Y SELECCIÓN DE COMPONENTES DE LA MÁQUINA

PELADORA DE SOYA 4.1 Diseño de forma ............................................................................................. 32 4.2 Metodología para el diseño de la máquina peladora de soya ........................ 33 4.3 Volumen de la tolva de entrada ..................................................................... 34

4.3.1 Análisis de esfuerzos de la tolva .................................................................... 36 4.3.1.1 Definición del material.. ................................................................................ 37 4.3.1.2 Definir el mallado .......................................................................................... 37 4.3.1.3 Condiciones de soporte y estado de cargas.. ................................................. 38 4.3.1.4 Resultados ...................................................................................................... 38 4.4 Determinación estadística del tamaño de la soya .......................................... 39 4.5 Determinación de la cantidad de soya en 1 kg ............................................... 40

4.6 Determinación del diámetro del disco ........................................................... 42 4.6.1 Selección de la piedra abrasiva ..................................................................... 43

4.7 Carga necesaria para el pelado de la soya ...................................................... 44 4.8 Velocidad de rotación .................................................................................... 47

4.9 Cálculo de las fuerzas radiales y tangenciales ............................................... 48

4.10 Calculo del torque ......................................................................................... 51 4.11 Cálculo de la potencia ................................................................................... 51

4.12 Selección de los elementos para realizar el movimiento ............................... 52 4.12.1 Cálculo de la velocidad angular del motor requeridor ................................. 52 4.13 Selección de los elementos de transmisión .................................................... 53

4.13.1 Potencia de diseño corregida. ....................................................................... 54 4.13.2 Selección de la correa adecuada. .................................................................. 54

4.13.3 Diámetro de la polea ..................................................................................... 55 4.13.4 Distancia entre ejes provisional. ................................................................... 56 4.13.5 Longitud primitiva de la banda ..................................................................... 57

4.13.6 Distancia entre ejes real ................................................................................ 57 4.13.7 Cálculo de la velocidad de la banda ............................................................. 58 4.13.8 Ángulo de contacto y factor de ángulo de contacto ....................................... 58 4.13.9 Factor de desarrollo ...................................................................................... 59

4.13.10 Cálculo de la cantidad de correa necesaria. ................................................. 60 4.13.11 Cálculo de la tensión en la correa ................................................................. 60 4.13.12 Torque del eje de transmisión ........................................................................ 62 4.14 Diseño del eje de transmisión ........................................................................ 62

4.14.1 Cálculo del esfuerzo de la semilla de soya. ................................................... 62

4.14.2 Cálculo del esfuerzo a compresión del eje. ................................................... 64 4.14.3 Análisis de fatiga del eje mediante FEA ........................................................ 67 4.14.3.1 Definición del material. ................................................................................. 67 4.14.3.2 Definir el mallado .......................................................................................... 67 4.14.3.3 Condiciones de soporte y estado de cargas ................................................... 68 4.14.3.4 Resultados.. .................................................................................................... 69 4.15 Velocidad crítica del eje ................................................................................ 71 4.16 Análisis de esfuerzos en la placa superior ..................................................... 74

4.16.1 Definición del material. ................................................................................. 75 4.16.2 Definir el mallado. ......................................................................................... 75 4.16.3 Condiciones de soporte y estado de cargas ................................................... 76 4.16.4 Resultados ...................................................................................................... 77 4.17 Selección de rodamiento ................................................................................ 78

4.17.1 Cálculo de las reacciones del eje. ................................................................. 79

4.17.1.1 Análisis de la carga en el plano ZY ............................................................... 81 4.17.1.2 Selección del rodamiento ............................................................................... 83 4.18 Diseño del sistema de extracción de la cáscara ............................................. 87 4.18.1 Cálculo de la velocidad de salida desde la piedra ........................................ 87 4.18.2 Cálculo del caudal en el ducto principal ....................................................... 88

4.18.3 Diferencia de presión a la entrada del ventilador ......................................... 89 4.18.4 Cálculo de la velocidad de succión del ventilador ........................................ 90

4.18.5 Cálculo del caudal de entrada al ventilador. ................................................ 90 4.18.6 Velocidad tangencial ..................................................................................... 92 4.18.7 Velocidad radial ............................................................................................ 93

4.18.8 Velocidad radial al borde de entrada del alabe ............................................ 93 4.18.9 Velocidad absoluta ........................................................................................ 94

4.18.10 Altura en metros por columna de aire del ventilador .................................... 94 4.18.11 Potencia del motor. ........................................................................................ 94

4.18.12 Diseño del tamaño de la voluta y aspas del ventilador ................................. 95 4.18.13 Selección del motor eléctrico para el ventilador ........................................... 96

4.19 Análisis de cargas en la estructura principal .................................................. 98

5. CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE LA MÁQUINA 5.1 Equipos y máquinas utilizados en la construcción. ..................................... 101 5.2 Procedimiento de la construcción. ............................................................... 101 5.3 Flujograma de construcción de la máquina peladora de soya. .................... 103

5.3.1 Flujograma del sistema estructural ............................................................. 103 5.3.2 Flujograma del sistema de molienda ........................................................... 103

5.3.3 Flujograma del sistema de regulación ........................................................ 104 5.3.4 Flujograma del sistema de descarga ............................................................ 104 5.3.5 Flujograma del sistema de transmisión ........................................................ 105

5.3.6 Flujograma del sistema de extracción de la cáscara .................................... 105 5.3.7 Flujograma del sistema eléctrico.................................................................. 106 5.4 Tiempo de operaciones en la construcción y montaje de la máquina. ......... 107 5.5 Montaje de la máquina peladora de soya ..................................................... 110

5.5.1 Montaje del sistema estructural .................................................................... 111 5.5.2 Montaje del sistema de molienda .................................................................. 111 5.5.3 Montaje del sistema de regulación ............................................................... 111 5.5.4 Montaje del sistema de descarga .................................................................. 112

5.5.5 Montaje del sistema de transmisión .............................................................. 112

5.5.6 Montaje del sistema de extracción de la cáscara .......................................... 112 5.5.7 Montaje del sistema eléctrico ....................................................................... 113 5.6 Flujograma del montaje de la máquina peladora de soya ............................ 114

5.7 Flujograma del sistema eléctrico. ................................................................ 114

6. MANUAL DE MANTENIMIENTO Y ANÁLISIS DE COSTOS 6.1 Mantenimiento de la máquina peladora de soya .......................................... 116 6.2 Análisis de costos. ........................................................................................ 117

6.2.1 Costos directos ............................................................................................. 117 6.2.2 Costo de materiales ..................................................................................... 117 6.2.3 Costos de mano de obra ............................................................................... 119 6.2.4 Costos de equipos y herramientas ............................................................... 119 6.2.5 Costo por transporte de materiales ............................................................. 120

6.2.6 Costo total directo ....................................................................................... 120

6.2.7 Costos indirectos .......................................................................................... 120

6.3 Costos totales de producción. ...................................................................... 120

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1 Conclusiones ................................................................................................ 121

7.2 Recomendaciones ........................................................................................ 121

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

PLANOS

LISTA DE TABLAS

Pág.

1 Propiedades físicas de la soya ............................................................................ 4

2 Manifestación del cliente .................................................................................. 16

3 Matriz de medidas vs necesidad ....................................................................... 18

4 Criterios de evaluación ..................................................................................... 26

5 Lista de objetivos y asignaciones ..................................................................... 27

6 Ponderación relativa a objetivos ....................................................................... 28

7 Ponderación de objetivos y asignaciones ......................................................... 28

8 Ponderaciones de objetivos y asignaciones ...................................................... 29

9 Escala de rendimiento del mercado .................................................................. 30

10 Escala de rendimiento económico .................................................................... 30

11 Diagrama de evaluación de objetivos ............................................................... 31

12 Propiedad de la soya ......................................................................................... 34

13 Volumen de la tolva .......................................................................................... 35

14 Propiedades del acero inoxidable 304 L ........................................................... 37

15 Resultados del esfuerzo a fatiga de la tolva ...................................................... 39

16 Propiedades de la soya ...................................................................................... 40

17 Selección de la piedra ....................................................................................... 43

18 Fuerza promedio aplicado a la soya ................................................................. 46

19 Datos de la placa del motor .............................................................................. 53

20 Diámetro primitivo de secciones de la correa .................................................. 55

21 Factor del ángulo de contacto ........................................................................... 59

22 Propiedades del acero de transmisión ASTM 1045 .......................................... 67

23 Número de nodos vs esfuerzo de Von Mises ................................................... 70

24 Resultados del esfuerzo a fatiga del eje ............................................................ 71

25 Propiedades del acero inoxidable AISI 304 ..................................................... 75

26 Resultados del esfuerzo a fatiga del eje ............................................................ 78

27 Datos generales del rodamiento ........................................................................ 84

28 Condiciones de trabajo del rodamiento ............................................................ 85

29 Vida nominal del rodamiento ........................................................................... 86

30 Relación de viscosidad ..................................................................................... 86

31 Vida ajustada .................................................................................................... 87

32 Datos de entrada del ventilador ........................................................................ 92

33 Selección de motores WEG .............................................................................. 97

34 Cargas aplicadas a la estructura principal ......................................................... 98

35 Partes constructivas de la máquina ................................................................. 102

36 Tiempo de construcción de la máquina .......................................................... 107

37 Tiempos de construcción de la máquina (continuación) ................................ 108



40 Montaje del sistema estructural ...................................................................... 111

41 Montaje del sistema de molienda ................................................................... 111

42 Montaje del sistema de regulación ................................................................. 111

43 Montaje del sistema de descarga .................................................................... 112

44 Montaje del sistema de transmisión ................................................................ 112

45 Montaje del sistema de extracción de la cáscara ............................................ 113

46 Montaje del sistema eléctrico ......................................................................... 113

47 Tiempo total de construcción ......................................................................... 113

48 Pruebas en el sistema de recuperación de energía .......................................... 116

49 Costo de materiales ......................................................................................... 117

50 Costo de mano de obra ................................................................................... 119

51 Pruebas en el sistema de recuperación de energía .......................................... 119

52 Costos directos ................................................................................................ 120

53 Costos indirectos ............................................................................................. 120

54 Costo total indirecto ........................................................................................ 120

55 Costos totales de producción .......................................................................... 120

LISTA DE FIGURAS

Pág.

1 Pelado manual ..................................................................................................... 1

2 Peladora de soya hidratada de rodillos vulcanizados ......................................... 2

3 Cargas en la pared de la tolva ............................................................................. 6

4 Área de una región en coordenadas polares ....................................................... 8

5 Pandeo de una columna .................................................................................... 11

6 Condiciones de extremo de Columnas ............................................................. 11

7 Esfuerzos variables con el tiempo ................................................................... 12

8 Esfuerzo medio vs esfuerzo alternativo ............................................................ 13

9 Tipos de álabes ................................................................................................. 14

10 Ventilador centrífugo ........................................................................................ 14

11 Señales y flujos de las funciones. ..................................................................... 20

12 Representación de la caja negra ........................................................................ 20

13 Estructura funcional de la máquina peladora de soya ...................................... 21

14 Designación de flujos ....................................................................................... 22

15 Matriz morfológica ........................................................................................... 23

16 Diseño del equipo ruta 1 ................................................................................... 24



19 Diagrama de flujo de la metodología de diseño ............................................... 33

20 Arquitectura de la máquina ............................................................................... 34

21 Geometría de la tolva ........................................................................................ 35

22 Tolva de ingreso del grano ............................................................................... 36

23 Mallado de la tolva ........................................................................................... 37

24 Cargas y reacciones en la tolva ......................................................................... 38

25 Esfuerzo de Von-Mises .................................................................................... 38

26 Esfuerzo máximo en la pared de la tolva .......................................................... 39

27 Medidas de la semilla de soya .......................................................................... 40

28 Peso de la soya en la balanza de brazo ............................................................. 41

29 Extrapolación para el número de semillas en 1000 gr ...................................... 42

30 Piedra abrasiva .................................................................................................. 44

31 Carga en una semilla de soya ........................................................................... 45

32 Medición de la carga en una semilla de soya ................................................... 45

33 Medición de la carga en las semillas de soya ................................................... 46

34 Cantidad de semillas en la piedra ..................................................................... 47

35 Trayectoria de la soya ....................................................................................... 49

36 Selección de la correa trapecial estrechas, según DIN 7753 ............................ 55

37 Diagrama de fuerzas en las correas trapezoidales ............................................ 61

38 Fuerzas y reacciones en el eje principal ........................................................... 65

39 Mallado del eje ................................................................................................. 68

40 Cargas y reacciones en el eje de transmisión ................................................... 68

41 Esfuerzo de Von-Mises en el eje de transmisión .............................................. 69

42 Esfuerzo máximo en el punto crítico del eje .................................................... 70

43 Curva esfuerzo vs número de nodos ................................................................. 71

44 Deformación del eje debido al peso de la piedra .............................................. 72

45 Deformación del eje debido al peso de la polea ............................................... 73

46 Placa superior ................................................................................................... 75

47 Mallado de la placa ........................................................................................... 76

48 Cargas y reacciones de la placa ........................................................................ 77

49 Esfuerzo máximo en la placa ............................................................................ 77

50 Fuerzas aplicadas en el eje ................................................................................ 79

51 Cargas y reacciones en el plano XY ................................................................. 79

52 Cargas y reacciones en el plano ZY ................................................................. 81

53 Rodamiento 7206B.TVP .................................................................................. 84

54 Análisis de la velocidad de salida del grano en Working Model ..................... 88

55 Trayectoria del flujo de la soya por el ducto principal ..................................... 89

56 Ducto de descarga indicando el punto para la toma de presiones .................... 89

57 Ducto de descarga indicando el punto para la toma de presiones .................... 91

58 Representación de las aspas axiales del ventilador .......................................... 92

59 Triángulo de velocidades del ventilador axial .................................................. 93

60 Involuta del ventilador ...................................................................................... 95

61 Aspas axiales del ventilador ............................................................................. 95

62 Trayectoria del flujo de la cáscara .................................................................... 96

63 Motor eléctrico ................................................................................................. 98

64 Base estructural de la máquina peladora de soya ............................................. 99

65 Cargas aplicadas en la estructura principal ..................................................... 100

66 Razones de esfuerzo en la estructura principal ............................................... 100

67 Flujograma del sistema estructural ................................................................. 103

68 Flujograma del sistema de molienda .............................................................. 104

69 Flujograma del sistema de regulación ............................................................ 104

70 Flujograma del sistema de descarga ............................................................... 105

71 Flujograma del sistema de transmisión .......................................................... 105

72 Flujograma del sistema de extracción de la cáscara ....................................... 106

73 Flujograma del sistema eléctrico .................................................................... 106

74 Flujograma del montaje de la máquina ........................................................... 114

75 Circuito de potencia ........................................................................................ 115

76 Circuito de mando .......................................................................................... 115

LISTA DE ABREVIACIONES

FAO Organización de las Naciones unidas para la alimentación

FOB Free on Board (Libre a bordo)

MAGAP Ministerio de Agricultura, ganadería, acuacultura y pesca

DIN Instituto Alemán de Normalización

FEA Finite Elements Analisys

ASTM American Society for Testing and Materials

AISI American Iron and Steel Institute

SAE Society of Automotive Engineers

BPM Buenas Prácticas de Manufactura

LISTA DE ANEXOS

A Medidas del grano de soya

B Selección de elementos de sistema de transmisión por correa

C Selección de características de rodamientos de bolas

D Tabla de selección de datos para el ventilador centrífugo

RESUMEN

El presente trabajo surge de una necesidad de la panificadora Sal & Dulce, consiste en el

diseño y construcción de una máquina peladora de soya seca ubicado en la ciudad de

Riobamba. Para ello se toma en consideración el método de Pahl y Beitz, para plantear el

diseño conceptual de la máquina a construir analizando criterios de las principales

funciones que pueda tener a la entrada y salida del producto a pelarse. Posteriormente

utilizando un diagrama morfológico se selecciona a priori los elementos que contenga el

equipo.

Con el propósito de mejorar la matriz productiva del país se plantea una perspectiva

general de los equipos que existen en el mercado dando así una idea clara de los objetivos

que se debe alcanzar y mejorar.

Luego de determinar la constitución de la máquina, y la capacidad de pelar, se procede a

medir las propiedades de la soya, para un total de 200 granos tomamos en consideración

las dimensiones de longitud, ancho y espesor de las mismas.

Con los datos asimilados se calcula la potencia necesaria capaz de girar la piedra inferior

que descascara las semillas considerando la trayectoria cicloidal generada desde el

momento que cae en el centro hasta su salida por los bordes externos efectuado por las

fuerzas tangenciales y radiales.

Con la velocidad de salida de la semilla por el borde externo, se analiza el caudal que

genera el ventilador centrífugo para expulsar los residuos hacia el exterior.

Finalmente, se procede a construir las partes del equipo con sus respectivas dimensiones

y tolerancias mecánicas, dando así una diferencia en el precio respecto a los equipos

importados del 30%.

ABSTRACT

This research work has been motivated from the need of a soybean peeling machine that

Bakery “Sal & Dulce” has. This work is, therefore, the design and construction of a

peeling machine for dry soybeans. The bakery is located in the city of Riobamba. The

method Pahl and Beitz has been considered to make the machine design and build it after

analyzing the criteria of the main functions it can have at the entrance and exit of the

peeled product. Afterwards, the elements that the equipment has are selected by using a

morphological diagram.

With the purpose of improving the productive matrix of this country, a general

perspective of the equipment that is in the market is presented. This way, a clear idea of

the main objective could be reached and even improved

After determining the construction of the machine and its capacity to peel, the properties

of the soybeans are measured. For a total of 200 beans, the bean length, width and

thickness should be considered.

With the data ready, the necessary potency is calculated. It should be able to turn the

lower stone which husks the seeds considering the cycloidal path generated from the

moment the beans hit the center until their exit through the external borders. This is done

by the tangential and radial forces.

Considering the speed of the seeds exit through the external borders, the air flow rate that

the centrifugal fan emits is analyzed to expel the waste outside

Finally, the different parts of the equipment are built with its respective measures and

mechanical tolerances. The price difference is about 30 % less than the imported

machines.

1

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes

A lo largo de la historia del Ecuador, ha existido ciertas dificultades para poder elaborar

productos que tengan valor agregado debido a la falta de iniciativa tecnológica, personal

especializado o de políticas económicas por parte de gobiernos de turno, promoviendo

parcialmente la elaboración de manufactura de máquinas rudimentarios, en talleres poco

desarrollados con el fin de facilitar el trabajo, disminuyendo la fuerza empleada para

llevar a cabo alguna acción y así mejorar los resultados deseados.

Figura 1. Pelado manual

Fuente: Autor

Cada año las el sector industrial está en un constante cambio, hemos pasado de la fuerza

bruta y herramientas manuales por máquinas automatizadas, así también el reemplazo del

taller artesanal por fábricas bien equipadas bajo normas de calidad para productos que

finalmente cubre una necesidad, para abrir un camino al desarrollo tecnológico.

Actualmente en la provincia de Chimborazo, la soya se consume en menor cantidad

debido al desconocimiento de la población sobre los beneficios que estas aportan al

cuerpo humano.

Existen escasos fabricantes de estas máquinas agrícolas en la provincia debido a que no

existe información técnica del pelado y posterior consumo de las semillas de soya.

2

Las cadenas de producción de alimentos, como cereales La Pradera, son las que han

incursionado en el mercado ofertando varios tipos de alimentos en los supermercados.

Con estas iniciativas, se ayuda al emprendimiento de la microempresa, y genera nuevas

fuentes de ingreso, en este caso una panadería que puede pelar la soya y producir

diferentes tipos de productos hechos de harina, como también la obtención de la leche,

entre otros, contribuyendo al mercado con productos a base de la soya.

Los modelos comerciales, importados de países como China o Alemania que realizan el

pelado de la soya, pero el coste son elevados para su adquisición, el cual genera costos de

aduanas y transporte de la maquinaria, por ello se desarrolla un equipo equivalente a las

características técnicas eficiente, ajustado a las necesidades del usuario.

Figura 2. Peladora de soya hidratada de rodillos vulcanizados

Fuente: (RAMOS, 2012)

1.2 Justificación

El Ecuador está desarrollando una nueva forma de política económica denominada la

matriz productiva, basado en el impulso a los procesos de educación e innovación, ciencia

y tecnología, esto conlleva al desarrollo de industrias estratégicas, sustituyendo las

importaciones que podemos crear en el país, entre estos están la metalmecánica.

3

1.2.1 Justificación técnica. Crear un diseño de la máquina rentable, para esto se

modela en paquetes de software las partes mecánicas de la máquina, y luego realizar las

pruebas necesarias antes de que entre en funcionamiento dentro de la industria, para dar

las garantías necesarias. Se realiza los cálculos correspondientes de los elementos más

sensibles que pueda existir, además de comprobar la vida útil de la máquina.

1.2.2 Justificación económica. La construcción de la máquina peladora de soya,

debe basarse en el ahorro de la selección, de materiales y su construcción. En el país

existen muy pocas posibilidades de adquirir estos equipos para ello se necesita importar

de otros países más cercanos como Colombia o Perú, pagando aranceles aduaneros lo cual

es un gasto mayor en la adquisición del equipo.

1.2.3 Justificación social. Las universidades y politécnicas, deben estar al servicio

de la comunidad, en este caso se está aportando al sector agroindustrial y alimenticio

dedicado al cultivo de la soya y el pelado respectivamente, para su posterior uso en la

panificación.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general. Diseñar y construir un equipo de pelado de soya para la

panificadora sal y dulce.

1.3.2 Objetivos específicos:

Diseñar un equipo mediante el Método de Pahl y Beitz para pelar la soya, para

una capacidad de 50 kg por hora aproximadamente.

Realizar los cálculos necesarios de los elementos utilizados, bajo el criterio de

las fuerzas y esfuerzos que soporta la estructura, para la construcción del equipo.

Seleccionar los materiales utilizados en la construcción de la máquina,

considerando las buenas prácticas de manufactura aptos para el consumo

humano sin riesgos de salud.

Ejecutar las pruebas para garantizar el funcionamiento del equipo.

4

CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO

2.1 Características de la semilla de soya

De acuerdo a investigaciones anteriores en artículos relacionados respecto a este tema se

encontró las siguientes propiedades, que luego serán comparados con los datos que se

obtenga en el laboratorio. Las propiedades físicas y mecánicas de la soya fueron

determinadas para un contenido de humedad de 8 a 16%.

Tabla 1. Propiedades físicas de la soya

Longitud del grano (aumenta con la humedad) 7,24-8,19 mm

Ancho 6,79-7,12 mm

Espesor 5,78-6,23 mm

Diámetro aritmético promedio 6,60-7,18 mm

Diámetro geométrico medio 6,57-7,14 mm

Volumen de grano 130,97-160,32 mm3

Área de la superficie del grano 125,46-144,39 mm2

Esfericidad(disminuye con la humedad) 0,91-0,89 kg/m3

Densidad aparente 766,12-719,00 kg/m3

Densidad real 983-905,67 kg/m3

Porosidad 22,37-20,61 %

Angulo de fricción interna 27,37-31,81 °

Coeficiente de fricción en el concreto 0,385-0,571

Coeficiente de fricción en la madera 0,304-0,441

Coeficiente de fricción en acero galvanizado 0,174-0,286

Fuente: (OZTURK, H. y KIBAR T., 2008)

2.2 Parámetros de corte de la cáscara de soya seca

Es necesario definir algunos parámetros de las cuales se obtienen datos que sirven de

información para el desarrollo de cálculos en una forma objetiva del sistema de pelado.

2.2.1 Tamaño promedio del producto. Determinar una población y medir el tamaño

promedio de la soya con un adecuado secado y granos limpios en el almacenamiento,

comprueba una idea general de la dimensión aproximada de los actuadores de corte

durante la función de pelado fundamentada en el mejoramiento de la operación de

descascarado para luego sugerir una simple aspiración y zarandeo de los granos.

5

2.2.2 Dureza de la semilla. Con esta variable definimos la fuerza necesaria para

poder rasgar o penetrar en el fruto, delimitando el rango de fuerza y potencia necesaria

de trabajo.

2.2.3 Descascarado. El sistema de descascarado es por la fricción de dos piedras,

una de ellas es fija y la otra gira entorno a un eje principal de transmisión conectado a un

motor eléctrico.

2.2.4 Volumen de la tolva en forma de un tronco de pirámide (CALCACHE, 2013)

La forma de la tolva es similar a un cono geométrico truncado, razón por la cual se utiliza

la fórmula de dicho cuerpo geométrico.

𝑉 =ℎ

3(𝐴1 + 𝐴2 + √𝐴1. 𝐴2) (1)

Donde:

V=Volumen de la tolva

=Área de la sección grande

=Área de la sección pequeña

h=Altura

2.2.5 Volumen considerando la granulometría y la humedad de la soya

(UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN, 2015). Con el volumen ya

determinado, es útil encontrar el volumen útil de la tolva, tomando en consideración la

capacidad necesaria que debe pelar la máquina, densidad aparente de la soya cuando está

en la tolva, humedad porcentual y los espacios libres (granulometría) entre los granos de

soya con la siguiente expresión:

V =C

ρ(1−%H)∗(1−%esl) (2)

Donde:

= Densidad aparente de la soya [kg/m3]

%H = Porcentaje de humedad de la soya

%esl = Porcentaje de espacios libres

C = Flujo de soya a pelarse [m3/h]

6

Se toma en consideración las cargas y las reacciones, para determinar su esfuerzo o

resistencia a volúmenes máximos, asumiendo que se llena completamente a la tolva. Esta

operación se puede facilitar con el Análisis de Elementos Finitos (FEA) mediante un

software.

Figura 3. Cargas en la pared de la tolva

Fuente: Autor

2.2.6 Numero de semillas de soya. Para encontrar cuantas semillas hay en un

kilogramo, es necesario tomar mediciones para pequeñas cantidades de peso en gramos,

posterior a esto se procede a extrapolar para cantidades mayores ya que a mayor peso

mayor será el número de semillas a determinar, por ello al graficar estas condiciones será

una función lineal que contenga una pendiente y los puntos de intersección con los ejes

de coordenadas. Para ello se aplica la siguiente ecuación de la pendiente.

m =y2−y1

x2−x1 (3)

y = mx + b (4)

2.2.7 Diámetro nominal de la piedra. Para determinar el diámetro adecuado de la

piedra, es útil determinar el número de semillas que exista en un kilogramo y el área

nominal de unas semillas de soya.

Apiedra = ηsemilla∗Asoya (5)

Donde:

Apiedra= Área de la piedra

semilla= Número de semillas en un kilogramo

Asoya=Área de una semilla de soya

7

2.2.8 Velocidad de rotación. Para determinar la velocidad angular de la piedra, se

necesita tomar en cuenta cuantas semillas pueden caber en la piedra de forma continua al

dar una revolución.

Los datos se consiguen con la ayuda del paquete AutoCAD, o también por el método

experimental, contando cuantos granos puede existir en un kilogramo.

Según la recomendación de la tesis titulada “Diseño y simulación por computador de una

máquina peladora de soya hidratada, con una capacidad de 50 kilogramos por hora

(RAMOS, 2012)” tenemos la ecuación para determinar el número de granos de soya

distribuidos por minuto.

NT = 1881 u

rev (6)

G =1

60∗ Ca ∗ Cb (7)

ω =G

NT (8)

Donde:

NT = Granos de soya por revolución

Ca = Capacidad de la máquina

Cb = Granos de soya por kilogramo

G = Granos de soya distribuidos por minuto

ω = Velocidad angular

2.2.9 Área del desplazamiento de una semilla (ESPINOZA, 2000). La piedra del

molino donde la semilla es arrastrada en forma circular con talladuras desde el centro

hacia el borde formando así el desplazamiento de la semilla con una curva de forma

cicloidal, para ello se utiliza una herramienta matemática definida como la integral

matemática. La integral doble es una función f(x,y) definida sobre una región R, el cual

se denota por la ecuación ∬ 𝑓(𝑥, 𝑦)𝑑𝑥𝑑𝑦, seguidamente se realiza un cambio de variable

de las coordenadas f(x,y) a las coordenadas polares (𝑟, 𝜃), considerando una región 𝐷 ⊂

𝑅2 acotada por los límites𝛼 ≤ 𝜃 ≤ 𝛽 y 𝑎 ≤ 𝑟 ≤ 𝑏

8

La curva está gobernada por la ecuación cicloidal

r = a ± bcosθ (9)

Donde:

r = Radio de la ecuación cicloidal

a = Radio en el eje positivo

b = Radio en el eje negativo

θ = Ángulo exterior de desplazamiento

Figura 4.Área de una región en coordenadas polares

Fuente: (ESPINOZA, 2000)

Respecto a nuestro análisis realizamos una analogía al área generada por la trayectoria de

una semilla de soya.

A = ∬ rdrdθ (10)

Es necesario determinar el área por dónde se desplaza las semillas desde la entrada a la

piedra hasta su salida. El área de una cicloide es una integral doble.

2.2.10 Fuerzas radiales y tangenciales (SALINAS, 2012). La piedra superior está fija

a la plancha superior y tiene un agujero por dónde se desplaza las semillas hasta deslizarse

entre ambas piedras, dando lugar a la fricción entre ellas, luego las semillas tienen una

trayectoria hasta la periferia de la piedra para desplazarse con una velocidad tangencial,

esto hace que la semilla siga una trayectoria curvilínea.

La fuerza radial es:

9

∫ dFFr

0= σ ∫ dA

A

0 (11)

Fr= Fuerza radial

dF= Diferencial de fuerza

= Esfuerzo axial de la soya

dA= Diferencial de área

Se considera el esfuerzo normal que soporta la soya, con la carga aplicada a compresión.

La fuerza tangencial es (SERWAY, 2008):

Ft = μ ∗ Fr (12)

Donde:

Ft =Fuerza tangencial

=Coeficiente de rozamiento

2.2.11 Torque. (SERWAY, 2008) Con los datos calculados en los ítems anteriores,

determinamos el torque que necesita la piedra inferior para pelar las semillas.

T = Ft ∗ Rpiedra (13)

Donde:

T= Torque

Ft= Fuerza tangencial en la semilla

Rpiedra= Radio de la piedra

2.2.12 Potencia (SERWAY, 2008) Dado el torque se determina la potencia generada

en una piedra.

P = Tω (14)

Dónde:

P =Potencia

10

T =Torque

=velocidad angular

2.2.13 Motores eléctricos. Para que genere el movimiento del eje es necesario una

energía que mueva todos los componentes diseñados de la máquina, para esto es útil un

motor eléctrico que es la encargada de transformar la energía eléctrica en mecánica.

Los motores trifásicos son la unión de tres sistemas monofásicos con su voltaje

desfasados a 120° uno de otro y se conecta en triangulo o en estrella. Este tipo de motores

se utiliza en el ámbito industrial y es necesario tener un transformador independiente para

su funcionamiento.

2.2.14 Pandeo de columna. (NORTON, 2011). Dado que la carga aplicada en el eje

principal de transmisión es a compresión, y el eje tiene una longitud considerablemente

larga se analiza el modo de falla por condición de pandeo de columna para materiales

dúctiles.

Para determinar el esfuerzo axial que soporta, se aplica la siguiente expresión

σeje = −P

A (15)

Donde:

eje=Esfuerzo a carga axial

P=Carga total a compresión

A=Área de la sección transversal

Para la selección de un diámetro adecuado del eje de transmisión, y la longitud de la

misma. Se toma el criterio de esbeltez, considerando el tipo de conexión en los extremos

del eje, como se muestra en siguiente la figura 5.

Hay que evitar que el eje con la carga asignada pueda pandearse, por ello tanto Euler

como Johnson, dan un criterio acerca de estos casos, tomando en consideración las

condiciones que dan cada teoría. Otro de los factores del comportamiento de un eje o

columna son las condiciones de apoyo en sus extremos (factor de longitud efectiva, ).

11

Figura 5. Pandeo de una columna

Fuente: (NORTON, 2011)

2.2.15 Razón de esbeltez. Existen diversos tipos de columna, estas pueden ser:

columna corta, media y larga. Las columnas media y larga son las que más tienden a sufrir

un pandeo por aplicar cargas axiales a compresión.

Figura 6. Condiciones de extremo de Columnas


Hay que tener en cuenta que el esfuerzo a compresión puede estar muy por debajo de la

resistencia de fluencia del material y sin embargo la columna ya estará sufriendo un

pandeo.

La columna actúa en la zona de Johnson, razón por la cual debe cumplir la siguiente

condición.

λ < λ0 (16)

12

λ0 = √2π2E

Sy (17)

λ =Lp

K. (18)

La ecuación de Johnson facilita el cálculo de la carga crítica que soporta el eje

Pc

A= Sy − bλ2. (19)

Se calcula el coeficiente de seguridad

η =Pc

PT. (20)

2.2.16 Teoría de fatiga. La teoría de falla por fatiga ocurre cuando los elementos están

sometidos a cargas variables diferente a las cargas estáticas (aquellas que se aplican

gradualmente una sola vez) produciendo grietas que crecen a medida que estos se repiten

en los puntos críticos del elemento. Es necesario considerar casos de variación de

esfuerzos máximos y mínimos del diagrama esfuerzo-vida sin que falle el elemento

sometido a estas cargas.

Figura 7. Esfuerzos variables con el tiempo


2.2.17 Líneas de falla. Particularmente una carga viva produce una variación

sinusoidal del esfuerzo, en este caso se toma en cuenta el límite de fatiga y la resistencia

a la fatiga para interpretar los diagramas del diseño.

13

Figura 8. Esfuerzo medio vs esfuerzo alternativo


Dónde:

Sa=Esfuerzo alternativo

S’e=Límite de fatiga

Sy=Resistencia de fluencia

Su=Esfuerzo último

Sm=Esfuerzo medio

Para analizar los resultados de un elemento ya sea en un software o en un laboratorio es

necesario comparar con las líneas de Gerber, Goodman modificada o Soderberg,

mostrado en la figura 8.

Para 𝑆𝑚 ≥ 0, la línea de Goodman:

1

𝑛=

𝑆𝑚

𝑆𝑢+

𝑆𝑎

𝑆𝑒′ (21)

Donde:

Se= Límite de resistencia a la fatiga corregida

n= Coeficiente de seguridad

2.2.18 Sistema de extracción de la cáscara de soya. Para separar la cáscara del grano,

se utiliza un ventilador que genere vacío (absorber). Los álabes se clasifican según la

curvatura, estas son: álabes inclinados hacia adelante, radiales e inclinados hacia atrás.

Estas últimas son de mayor eficiencia estática (60% - 80%). La involuta cumple la función

de transformar toda esa energía cinética en presión estática. En la figura (a), se observa

un ventilador centrífugo con álabes inclinados hacia adelante, (b) con álabes radiales y

14

(c) con álabes inclinados hacia atrás.

Figura 9. Tipos de álabes

Fuente: (CENICAFÉ, 2012)

Para determinar la cantidad de aire necesaria para elevar la cáscara se utiliza la siguiente

expresión:

Fa =cAeρavy

2

2 (22)

Donde:

Fa=Fuerza de succión del aire

C=Coeficiente adimensional de forma dado en anexo

Ae=Área de proyección de la partícula perpendicular a la vy

vy=Velocidad de ascenso del polvo o impureza

a=Densidad del aire expuesto en anexo

Figura 10. Ventilador centrífugo

Fuente: Autor

15

CAPÍTULO III

3. SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS

3.1 Definición del problema

La panadería y pastelería Sal & Dulce, ubicado en la ciudad de Riobamba, requiere un

equipo que tenga la capacidad de pelar soya seca, para aprovechar los derivados, sin

embargo el sistema de pelado es de forma manual, resultando tedioso y pérdida de tiempo.

La población están poniendo mayor interés en el consumo de la soya ya sea para elaborar

harina o leche de soya, gracias a sus beneficios en la nutrición, por ello es una necesidad

encontrar un equipo capaz de pelar la soya directamente.

En este capítulo se realiza un estudio de las alternativas más favorables para diseñar la

máquina posterior a la selección de la mejor opción que garantice el buen funcionamiento

y una construcción económica. Lo principal de este proyecto es construir el equipo y ver

que nuestro producto salga en las mejores condiciones para el consumo humano.

3.2 Declaración de la misión

Determinar los parámetros que lleven a una buena elaboración de la máquina y aseguren

un buen procesamiento del producto final, haciéndolo competitivo.

3.2.1 Descripción del equipo. La máquina de pelar soya debe ser capaz de eliminar

un 90% de la cáscara, para ello se utiliza un par de piedras abrasivos que sean capaces de

separar la semilla de la cáscara por fricción, la misma que es generado por el torque que

produce por transmisión de las poleas. Seguidamente la cáscara pelado desciende por un

ducto inclinado que debe ser desechado la cáscara y otras partículas adjuntas en el flujo

por succión del ventilador centrífugo al exterior mediante un ducto de salida, el grano

pelado es expulsado por otro sector del ducto principal hasta recoger de forma limpia.

Además dando una confiabilidad al operario para manejar con facilidad. La máquina debe

ser efectivo, eficiente, fácil de usar y no destructivo por elementos que estén expuestos al

aire libre, como aspas del ventilador o ejes que roten libremente.

16

3.2.2 Mercado. Disponibilidad para el sector agroindustrial, correspondiente a

fabricas dedicadas a elaborar productos de cereales, además para empresas en la línea de

confiterías, panaderías.

3.3 Necesidades y especificaciones del producto

3.3.1 Objetivos de la investigación. Determinar parámetros que lleven a una buena

elaboración de la máquina y aseguren un buen procesamiento del producto final,

haciéndolo competitivo.

3.3.2 Necesidades del operario. Dada a la necesidad latente del operario para poder

manipular este tipo de máquina se da a conocer la siguiente información definiendo los

criterios que justifique los requerimientos del producto. Estas son: Desempeño,

seguridad, mantenimiento, costos.

Tabla 2. Manifestación del cliente

MANIFESTACIONES DEL OPERARIO

OPINIÓN OPERARIO INTERPRETACIÓN DE LAS

NECESIDADES

DE

SE

MP

EÑ

O

Que tenga una vida útil

El equipo presenta partes que durarán

aproximadamente cinco años de vida

útil

Que la semilla no sufra daños Fácil pelado y transporte del producto

con el menor daño posible

Que el equipo se opere por una

persona y sea de fácil manejo

El montaje es sencillo y se opera desde

un tablero de control semiautomático

Que la semilla no sea calentada

El equipo tiene que desarrollar una

forma rápida de pelado de la semilla

cruda sin interferencia del fuego

Que el ingreso y salida de la

semilla sea rápido

El sistema cuenta con mecanismos

sencillos

Cantidad de semillas que se pela El sistema está diseñado para

50kg/hora

SE

GIR

IDA

D

Que no presente ningún riesgo al

operario

El sistema es completamente cerrado,

demás cuenta con un ventilador para el

desalojo de residuos

MA

NT

EN

IMI

EN

TO

Que se limpie fácil No es muy complicada su limpieza

Que se consiga fácilmente los

repuestos Son de fácil adquisición y fabricación

CO

ST

O

Que sea económico

Casi todas las piezas se pueden

fabricar en un taller mecánico,

mientras otras se seleccionaron y se

adquirieron según los cálculos de

diseño

Fuente: Autor

17

3.3.3 Necesidades del cliente. El cliente necesita un equipo que sea capaz de separar

la cáscara del fruto de la semilla de la soya con una máxima efectividad, sin que esto sea

humedecido para su posterior uso en diferentes tipos de alimentación. Luego de pelar el

grano, pueden hacer un sinnúmero de productos de la soya.

3.3.4 Matriz de necesidades-Medidas. Una vez definido las necesidades del operario

y del cliente, establecemos una tabla dónde correspondan a las aspiraciones iniciales que

se esperan obtener del producto. De acuerdo a que en la ciudad de Riobamba no existen

empresas que fabriquen este tipo de maquinaria en acero inoxidable, bajo los parámetros

de calidad es considerado como una alternativa a tomar en cuenta en la elaboración de

esta investigación.

Así mismo las condiciones y requerimientos más comunes de la población agroindustrial

del país son:

Un equipo capaz de pelar en un corto tiempo.

Bajo precio de producción.

Fácil mantenimiento del equipo.

Obtener la calidad en el pelado.

Salubridad.

A esto se debe también que dada las circunstancias del entorno del país, se define las

siguientes restricciones, por la cual la población no consume lo suficientemente este tipo

de leguminosas en el Ecuador:

Escases del producto pelado en los mercados.

No existe un conocimiento de la población acerca del producto y sus beneficios.

Falta de elaboración de máquinas para el pelado de este tipo de leguminosas.

Calidad del producto.

Se debe considerar el tipo de motor ya sea eléctrica que genera energía mecánica a partir

de la energía eléctrica, o un motor estacionario el cual genera la energía mecánica a partir

de la energía química por medio de hidrocarburos como son el diésel o la gasolina,

teniendo como desventaja que no existe para potencias pequeñas, razón por la cual se

debe tomar en cuenta la eficiencia y la limpieza sobre todo. Los costos de los motores

18

estacionarios están entre 540 a 1000 dólares americanos. Se debe utilizar un sistema de

poleas ya sea de reducción o de ampliación para aprovechar la potencia indicada.

Tabla 3 Matriz de medidas vs necesidad

Años Sí/No Sí/No % Kg/h Sí/No Sí/No Sí/No $

Cap

acid

ad

Rie

sgo

s al

o

per

ario

Fáci

l lim

pie

nza

Fáci

l ad

qu

isic

ión

d

e re

pu

esto

s

Eco

nó

mic

oMEDIDAS //

NECESIDAD

El equipo presenta

partes que durarán

aproximadamente 5

años de vida útil

Fácil mezcla y transporte

del producto con el

menor daño posible

El montaje es sencillo y

se opera desde un

tablero de control

semiautomático

Efic

ien

cia

Du

rab

ilid

ad

Dañ

os

a la

se

mill

a

Fáci

l man

ejo

El sistema cuenta con

mecanismos sencillos y

automatizados.

El sistema es

completamente cerrado

que no permite

contaminar el lugar

No es muy complicada su

limpieza

Son de fácil consecución

y fácil fabricación

Casi todas las piezas se

pueden fabricar en un

taller mecánico,

mientras otras se

seleccionaron y se

adquirieron según los

cálculos de diseño

El sistema está diseñado

para 50 kg/hora

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Fuente: Autor

19

3.4 Diseño conceptual

Al determinar algunos factores en la selección de alternativas y luego de aplicar ciertas

técnicas para el diseño de nuestro equipo, en este capítulo se determina las alternativas de

las máquinas para un pelado efectivo y económico, dando un concepto aproximado del

producto bajo principios de funcionamiento, forma y tamaño para satisfacer las

necesidades del cliente, expresado en un bosquejo o un modelo, así describiendo

textualmente su funcionamiento. Aunque son propuestas preliminares, hay que tener en

cuenta la efectividad para pelar la soya, el costo de los materiales con que se construye,

el tamaño de la máquina, y la capacidad del pelado.

3.4.1 Establecimiento de funciones

Analizamos con un diagrama de lazo la entrada, proceso y la salida de un proceso, tales

como la caja negra, la entrada y salida de las distintas formas de energía y señales del

funcionamiento de cualquier tipo de máquina.

Caja negra. La caja negra, es el método de diseño propuesto por Nigel Cross, para

pasar de una forma deductiva general a lo particular, es el modelo o representación de un

objeto o artefacto a desarrollarse en el cual es posible distinguir.

Entrada: Flujos de materia, energía o señal que entran al objeto y que constituyen

los recursos necesarios para el funcionamiento de él.

Salidas: Flujos de materia, energía o señales que salen del objeto y que

constituyen los producidos objeto de él.

Función principal: La relación general de acción, descrita en abstracto, entre las

magnitudes de entrada, de salida y de estado de un objeto, necesaria para realizar una

tarea. Se enuncia empleando un verbo de acción más un sustantivo que representa el flujo.

El análisis funcional del sistema (pelado de la semilla de soya) se realizó de una forma

deductiva, es decir, se partió de analizar lo general para llegar finalmente a lo particular.

La caja negra se basa en el método de diseño propuesto por Nigel Cross.

20

Los tipos de señales asignadas que regirán la representación de los diferentes sistemas en

la elaboración de la estructura funcional del equipo son como se muestra en la figura. 11.

Figura 11. Señales y flujos de las funciones.

Fuente: Autor

Flujos de entrada: Energía, fuerza humana, semillas de soya, aire, señal ON/OFF.

Flujos de salida: Energía, Semillas de soya pelada, aire, residuos.

Función principal: Descascarado.

Flujo principal: Continuo.

Retroalimentación: Manual.

Figura 12. Representación de la caja negra

Fuente: Autor

3.4.2 Estructura funcional. Para la elaboración de la estructura funcional se

investigó y analizó detenidamente el sistema por medio de la determinación de las

secuencias y/o procesos. Esto a través de un diagrama de bloques que muestre las

interacciones entre las funciones secundarias. La caja negra se hace transparente, de tal

manera que se clarifiquen las funciones secundarias y sus interacciones.

21

El árbol funcional nos muestra de una mejor manera a lo que se desea llegar y condicionar

todas las posibles soluciones que realmente cumplen con el objetivo general.

Figura 13. Estructura funcional de la máquina peladora de soya

Permitir

activación

Permitir

activación de

energía

eléctrica

Impulsar

aire

Importar

semilla

(agregar

soya)

Descargar

semilla

(Tolva)

Descascarar

la semilla

(piedras)

Separar

semilla de la

cáscara

Energía

Humana

Energía

Eléctrica

Aire

Semilla

de soya

Sin pelar

Semilla pelada

Cáscara

ON/OFF

Fuente: Autor

3.4.3 Funciones de la estructura de la máquina

Permitir activación de energía humana. Se considera como energía humana a la

función correspondiente de la colocación de una cantidad de granos de soya en la tolva

de entrada, además de detectar y pulsar el botón de encendido.

Permitir activación de energía eléctrica. Esta función corresponde a la acción de

activar el sistema eléctrico una vez que se ha pulsado el botón on /off para el

funcionamiento de la máquina.

Impulsar aire. Esta función corresponde a un dispositivo capaz de transformar la

energía eléctrica en energía eólica, El ventilador debe tener un control de caudal de aire

para fijar valores para diferentes capacidades de carga.

22

Importar semilla (agregar soya). Esta función le corresponde a la forma de

proveer la materia principal al interior de la tolva de la máquina peladora de soya.

Descascarillar semilla. Esta función le corresponde al dispositivo o elementos

mecánicos en el cual realiza el proceso de separar la fruta de la soya y el residuo.

Separar semilla de la cáscara. Esta función le corresponde al lugar dónde se

realiza la interacción de las semillas y el viento. El viento fluctúa llevando los residuos

livianos (cáscara).

Tamizar desperdicios de la semilla: Esta función le corresponde a un filtro tamiz. En ella

debe cumplir la función de separar todos los residuos y sacar el grano final limpiamente.

3.5 Generación de alternativa

Una vez determinado la estructura funcional explicada anteriormente, se asigna a cada

función diferentes alternativas de solución, a esto se le denomina matriz morfológica.

3.5.1 Diagrama de la matriz morfológica. El diagrama morfológico se elabora a

partir de las situaciones de la estructura funcional de cada uno de los elementos. Dicha

lista no debe ser muy extensa y abarca las características más relevantes de los equipos

establecidas al mismo nivel de generalidad.

Se diseñaran tres rutas de solución, designadas de la siguiente manera:

Figura 14. Designación de flujos

`

Fuente: Autor

Las rutas de solución representan una combinación de alternativas que generan un

concepto de solución coherente. Del mismo modo, ninguna de las rutas posee la mejor

alternativa parcial de cada función, sino diferentes alternativas que hacen al proceso

23

funcional. Se considera como primer punto los elementos de entrada como las tolvas,

formas de transportar, el tipo de molienda, refrigeración, motores, y el sistema de

potencia, como las bandas trapezoidales o cadenas de transmisión.

3.5.2 Matriz morfológica.

Figura 15. Matriz morfológica

Fuente: Autor

Hay cinco alternativas que son consideradas a partir del ingreso de la semilla hasta su

salida, entre ellas son las tolvas de ingreso de forma geométrica truncada o en forma

cónica que debe basarse en la capacidad de almacenar al momento de ingresar, la forma

de transportar debe ser de forma directa o por transporte por tornillo sinfín. La forma de

moler debe ser seleccionada con mucho cuidado debido a que es la parte principal del

24

funcionamiento de la máquina, posterior a ello el tamiz. El ventilador también es una

forma esencial de la máquina.

Las propuestas al proceso de pelado del grano de la soya, teniendo en cuenta los

parámetros funcionales anteriormente mencionados son las siguientes:

3.5.2.1 Descripción de la solución 1. La soya es almacenada en la tolva de ingreso

manualmente, enseguida el grano se desliza por medio de la fuerza gravitatoria,

verticalmente hasta la cámara de pelado, el cual consiste en dos tambores matiz que pela

el grano presionando una contra la otra. La cáscara se separa del grano, depositándose

sobre un tambor de cribado que hace la función de tamiz Luego un ventilador expulsa

los residuos livianos hacia la parte externa. Los granos pelados salen por un ducto

rectangular para ser recogidos en un ciclón.

Figura 16. Diseño del equipo ruta 1

Fuente: Autor

3.5.2.2 Descripción de la solución 2. La soya inicia su ingreso por la tolva cónico

truncada, seguidamente cae por gravedad sobre la cámara de pelado que tiene dos discos

abrasivos donde el disco superior está fijo a una plancha y el disco inferior está sujeta al

eje de transmisión quedando de esa manera el grano intermedio entre ambos discos

triturando el material. La descascaración deseada de la soya se produce por efectos de

cargas a compresión y fricción de las piedras con el grano. Por fuerzas de arrastre el grano

se desplaza hacia un tamiz. La cáscara es absorbida por un ventilador centrífugo y

expulsado hacia el exterior. El grano pelado sale por un ducto de largo alcance para ser

25

recogido. Se utiliza un motor eléctrico y la potencia es transmitida por medio de bandas.


Fuente: Autor

3.5.2.3 Descripción de la solución 3. La soya inicia su ingreso por la tolva de cono

truncado rectangular, seguidamente es transportado por medio de un tornillo sin fin hacia

la cámara de pelado que contiene dos piedras abrasivos colocados de forma vertical,

quedando así el grano intermedio entre las piedras para su pelado. Por gravedad el grano

se desplaza hacia un tamiz, La cáscara es absorbida verticalmente por un ventilador

centrífugo y expulsado hacia el exterior. Se utiliza un motor eléctrico y la potencia es

transmitida por medio de bandas.


Fuente: Autor

26

3.6 Metodología de evaluación y resultados

Para la evaluación de resultados se toma en consideración una forma de concebir la

ingeniería de diseño y desarrollo de productos desde diferentes puntos de vista del

producto, recursos humanos, recursos materiales, profesionales de una forma colectiva o

individual basada en tecnologías de la información sobre una base de datos adquiridos.

Una vez que se realiza la matriz morfológica se procede a evaluar las alternativas de

solución planteadas de cada una de las funciones con el propósito de reducir el grupo y

generar uno o más conceptos del sistema, para su ulterior investigación, prueba,

desarrollo y evaluación de los conceptos obtenidos.

Se presenta una metodología de selección de dos conceptos (ULRICH, y otros, 2014),

para evaluar conceptos con respecto a las necesidades del cliente y demás criterios. La

primera etapa se denomina proyección o filtrado de conceptos, esto significa hacia dónde

debemos proyectarnos en nuestro diseño de la máquina y la segunda etapa evaluación o

puntuación del concepto, lo que significa que debo dar un valor determinado a las

características recomendadas según los criterios técnicos. Cada una se apoya en la matriz

de decisiones para ordenar y seleccionar los mejores conceptos.

La proyección es una evaluación aproximada y rápida, dirigida a producir algunas

alternativas viables. Cuando damos una puntuación se hace un análisis más cuidadoso de

estos conceptos para elegir el que conduce a una mayor probabilidad al éxito del producto.

3.6.1 Puntaje y criterios de evaluación para la matriz de proyección. Una

evaluación relativa de “más importante que” (1), “Igual que” (-), “menos importante que”

(0), se pone en cada celda de la matriz para representar la evaluación de cada concepto en

comparación con el concepto de referencia al criterio particular.

Tabla 4 Criterios de evaluación

Más importante que +

Igual que 0

Menos importante que -

Fuente: Autor

Dependiendo de las necesidades del operador se considera los objetivos elementales:

27

3.6.2 Lista de objetivos. De acuerdo a las necesidades del cliente y del operario, con

respecto a la máquina peladora de soya, se procede a elaborar una lista de objetivos que

debe tener la máquina, a esto le asignamos letras del alfabeto para dar una valoración

acorde al grado de importancia.

Tabla 5. Lista de objetivos y asignaciones

OBJETIVOS

Fácil de operar

Riesgo al operario

Eficiencia

Peso

Tamaño

Durabilidad

Fácil limpieza

Económico

Capacidad

Fácil adquisición

de repuestos

F

G

I

H

J

ASIGNACIÓN

A

B

C

E

D

Fuente: Autor

3.7 Ordenar y asignar ponderaciones relativas a los objetivos.

Establecida la lista de objetivos, se procede a ordenar de acuerdo al grado de importancia

mediante la comparación entre cada uno de los objetivos. Para la selección de la mejor

alternativa de diseño de la máquina peladora de soya se evalúa por medio del método

ordinal corregido de criterios ponderados, identificando el grado de importancia entre

ceros y unos para finalmente sumar las puntuaciones para cada factor según su

importancia relativa.

En la siguiente tabla, se determina el grado de importancia de criterios de cada fila con

el de la columna. Si la casilla A es más importante que B, esto equivale a 1 y en la casilla

de B con respecto de A equivale 0, como se observa. Si los dos parámetros son de igual

de importantes se ubica ½. En la parte derecha se muestra la suma del número de grado

de importancia total obtenido por cada objetivo. Con estos datos se calcula el peso relativo

de cada uno de los objetivos planteados. Los valores que se suman están en un rango de

dos a cinco unidades, para sacar posteriormente la importancia relativa.

28

Tabla 6. Ponderación relativa a objetivos

OBJETIVOS A B C D E F G I H J TOTAL

A - 1 0 0 1 0 0 1 1 1 5

B 0 - 1 0 1 0 1 1 0 0 4

C 1 0 - 1 1 1 0 0 0 1 5

D 1 1 0 - 0 0 1 1 1 0 5

E 0 0 0 1 - 0 0 1 1 1 4

F 1 1 0 1 1 - 0 0 0 1 5

G 1 0 1 0 1 1 - 0 1 0 5

I 0 0 1 0 0 0 1 - 1 1 4

H 0 1 1 0 0 1 0 0 - 1 4

J 0 1 0 1 0 0 1 0 0 - 3 Fuente: Autor

3.8 Calculo de peso relativo de los objetivos.

Cada uno de los objetivos planteados tiene cierto valor porcentual o tienen un mayor

interés para el diseño dependiendo de cuál será el funcionamiento de la máquina. En este

caso la limpieza viene a ser nuestro objetivo principal lo que significa que tendrá un peso

mayor al momento de designar los porcentajes de calificación.

Para establecer el peso relativo de cada objetivo, se divide cada nivel por el total. Con

esto se determina el grado de importancia de un criterio sobre el global de los objetivos

planteados.

Tabla 7. Ponderación de objetivos y asignaciones

ASIGNACIÓN

LETRAOBJETIVOS PESO

A Fácil de operar 0,11

B Riesgo al operario 0,09

C Eficiencia 0,11

D Peso 0,11

E Tamaño 0,09

F Durabilidad 0,11

G Fácil limpieza 0,11

H Económico 0,09

I Capacidad 0,09

JFácil consecución

de repuestos0,07

TOTAL: 1,00

3

4

5

5

4

4

NIVEL

5

4

5

5

44

Fuente: Autor

29

Similar a la tabla anterior existe otra etapa de filtrado de conceptos para simplificar aún

más el análisis de los objetivos, se agrupan dependiendo del grado de afinidad o similitud

en 5 grupos como se muestra a continuación.

Tabla 8.Ponderaciones de objetivos y asignaciones

OBJETIVO

PRINCIPALOBJETIVOS

Fácil de operar 0,11

Eficiencia 0,11

SEGURIDAD Riesgo al operario 0,09 0,09

Capacidad 0,09

Peso 0,11

Tamaño 0,09

Durabilidad 0,11

Fácil consecución

de repuestos0,07

Fácil limpieza 0,11

COSTOS Económico 0,09 0,09

TOTAL: 1,0 1,0044

PESO

5DESEMPEÑO

TAMAÑO

MANTENIBLIDAD

4

5

5

4

NIVEL

5

4

4

5

3

0,23

0,30

0,30

Fuente: Autor

3.9 Parámetros de rendimiento

Todas las máquinas en funcionamiento están ejercen fuerzas de acción-reacción,

tangencial, normal en los enlaces o eslabones, dando a ello a una disipación de energía

en forma de calor que se traduce en una disminución del rendimiento mecánico. Con el

uso progresivo de las máquinas, pueden generar impactos ambientales sean estas directas

sean estas por contacto con el entorno debido a los recubrimientos como pinturas,

lubricantes y otros fluidos, o contaminación fortuita debido a la mala combustión de

polímeros.

Una vez determinada los objetivos planteados, estas se someten a una evaluación desde

el punto de vista técnico y económico. El parámetro de rendimiento está dado en base a

los cinco objetivos planteados anteriormente. Por ello, se especifica el rango de valores

entre [0 a 6], dependiendo de cómo satisfaga la propuesta al punto mencionado y siendo

0 el punto más bajo, y 6 el más alto de la calificación de los objetivos, Existe otro punto

30

denominado factor de influencia, donde se da una calificación de acuerdo a los cinco

objetivos principales, así por ejemplo al Tamaño se le da una calificación desde muy

pesado hasta liviano, en el caso económico será desde muy barato hasta muy costoso.

Tabla 9. Escala de rendimiento del mercado

Fuente: Autor

Para analizar cuan económico es la construcción de la máquina se analizó la interacción

con el entorno en mayor o menor grado debido al clima y el impacto ambiental que estos

conllevan. Los materiales férricos son los más baratos (35÷40 dólares/qq) y los más

utilizados en el diseño de máquinas. El coste de los materiales está en un proceso continuo

de incremento entre un 10 y un 30% relativamente.

La evaluación económica de la máquina, desde muy barato a muy costoso de acuerdo a

las puntuaciones definidas.

Tabla 10. Escala de rendimiento económico

Fuente: Autor

31

3.10 Diagrama de evaluación de objetivos

Tabla 11. Diagrama de evaluación de objetivos

Fuente: Autor

Finalmente, los objetivos planteados tales como: El desempeño, la seguridad, el tamaño del equipo, el mantenimiento de sus partes mecánicas fijas

y móviles y el coste de la construcción, llevan a tomar la decisión de optar por el mayor puntaje adquirido en los análisis de las tablas anteriormente

estudiadas.

La ruta de la solución 2, muestra ser la más adecuada por el mejor puntaje obtenido.

32

CAPÍTULO IV

4. DISEÑO Y SELECCIÓN DE COMPONENTES DE LA MÁQUINA

PELADORA DE SOYA

4.1 Diseño de forma

Este proyecto se realiza en la ciudad de Riobamba, provincia de Chimborazo, tiene un

clima frío seco, llegando a registrar una temperatura media de 14°C, bordea una presión

atmosférica de 0,73 atm (74 KPa), humedad relativa 87% y velocidad del viento 1,8 m/s.

La semilla de soya es de la familia leguminosa. El grano de soya tiene una forma ovoide.

La cáscara (tegumento) es la envoltura del grano, aquello le da un sabor amargo cuando

a éste se lo quiere consumir, razón por la cual se los desecha o se utiliza para transformar

en balanceado. Para separar la cáscara del fruto se procede a diseñar una máquina capaz

de realizar este proceso, tratando en lo posible evitar la fractura total o que se haga harina

si se muele con las piedras muy cerradas del fruto.

La máquina peladora de soya en seco tiene los siguientes principales elementos

mecánicos: Una tolva fabricada en chapa metálica por dónde ingresa el grano según la

dosis que lo requiera, dos piedras abrasivos que tienen la función de friccionar la semilla,

el ventilador centrífugo que crea un vacío para succionar los desechos o la cáscara,

expulsando al exterior por un ducto, motor eléctrico con sus respectivos elementos de

protección eléctrica, el cual está conectado a un eje por medio de poleas y bandas

trapezoidales, una estructura de la bancada el cual soporta todos los elementos mecánicos

y mecanismos que forman la máquina. Se determina el diseño de forma correspondiente

de todo el equipo de la maquinaria, así como también los cálculos necesarios para el

diseño y selección de cada uno de los componentes a utilizar, tomando en cuenta todos

los parámetros, teoremas o teorías que exige las condiciones del acero según normas

existentes sobre el diseño de elementos de máquinas en cada uno de los componentes

como son ejes, poleas, correas, selección del motor, ventilador. Además se presenta el

análisis de la estructura que soportará los diferentes componentes

33

4.2 Metodología para el diseño de la máquina peladora de soya

A continuación se da a conocer un flujo grama de los pasos a seguir cuando se diseña una

maquinaria.

Figura 19. Diagrama de flujo de la metodología de diseño

1.- Diagrama de

cuerpo libre

2.- Análisis de esfuerzos,

deformaciones de la estructura

y elementos de máquinas

5.- Selección de

materiales

8.- Construcción de la

máquina peladora de

soya

6.- Selección de los

elementos de máquina

4.- Análisis de falla por carga

dinámica de la estructura y

elementos de máquina

3.- Análisis de falla por carga

estática de la estructura y

elementos de máquinas.

Metodología de

diseño

9.- Elaboración

de planos

7.- Análisis de

esfuerzos

Simulación de esfuerzos,

deformaciones,

deflexiones, fallas y

fatigas del material

Fuente: Autor

A continuación se muestra los elementos funcionales de la máquina peladora de soya para

la construcción física.

34

Figura 20. Arquitectura de la máquina

Fuente: Autor

4.3 Volumen de la tolva de entrada

La capacidad de una tolva se determina tomando en cuenta la forma geométrica,

granulometría y densidad aparente del grano. Hay que tener presente que el grano

almacenado en tolvas, no está del todo compacto ya que existe espacios libre entre los

trozos del grano. Además, las tolvas nunca se llenan completamente, quedando un espacio

libre en la parte superior, por ello se debe estimar en cada caso específico la proporción

de espacios libres que debe restarse del volumen total de la tolva para su resultado más

real.

Se realiza el cálculo para un volumen que suministre una capacidad aproximada de 50

kg/h. Los datos a utilizar para estos cálculos son los siguientes.

Tabla 12. Propiedad de la soya

Densidad (Kg/m3) 800

Capacidad (Kg/h) 50

Espacio libre (%) 14

Humedad (%) 12

Fuente: Autor

Para determinar el volumen útil, se considera varias propiedades de la soya tales como la

densidad, la humedad, y los espacios libres entre las semillas en porcentajes normales al

medio ambiente, para ello nos basamos de la ecuación (2)

35

V =50

kg

h∗(100%−30%)

800kg

m3∗(1−12%)∗(1−14%) (23)

𝑉 = 0,058 9[𝑚3] (24)

La tolva tiene la forma de una pirámide truncada elaborado con chapa metálica de acero

inoxidable de 1 mm de espesor, para esto con la capacidad necesaria a obtener de define

las medidas a obtener. Se utiliza la ecuación (1)

Figura 21. Geometría de la tolva

Fuente: Autor

Tabulando los datos en Excel hasta encontrar valores que arrojen el volumen adecuado

como se muestra a continuación en la tabla 13

V =h

3(A1 + A2 + √A1. A2)

Tabla 13. Volumen de la tolva

VOLUMEN PIRÁMIDE TRUNCADA

a1 45 cm

b1 45 cm

a2 15 cm

b2 15 cm

h 55 cm

A1=a1xb1 2025 cm2

A2=a2xb2 225 cm2

V 0,054 m3

Fuente: Autor

Dónde:

A1=Área de la sección grande

A2=Área de la sección pequeña

36

h=Altura de la tolva

Utilizando la herramienta de chapa metálica en SolidWorks 2014 se modela la forma

definida de la tolva la cual permite determinar el volumen y por medio de la herramienta

del análisis de elementos finitos (FEA) se compara el esfuerzo máximo vs esfuerzo

nominal del material, para la cual fue diseñada, tomando en cuenta las especificaciones

del acero AISI 304L con lo cual se analiza el coeficiente de seguridad.

Figura 22. Tolva de ingreso del grano

Fuente: Autor

El volumen calculado en el software es: 0,053 [m3], que es un valor muy cercano al

calculado en Excel.

Su área es: 0,902 [m2]

4.3.1 Análisis de esfuerzos de la tolva. Para realizar el análisis de esfuerzos por el

método de análisis finito se utiliza paquetes de software como SolidWorks y ANSYS,

para lo cual se procede a evaluar de la siguiente manera:

Definir el tipo de material de la pieza

Definir el mallado del material

Definir las condiciones de soporte y el estado de carga.

Resultados

37

4.3.1.1 Definición del material. El material para elaborar las tolvas para alimentación

es el acero inoxidable AISI 304 L, ideal para la manipulación de alimentos, libre de

corrosión y de fácil limpieza y desinfección según las buenas prácticas de manufactura

(BPM).

Tabla 14. Propiedades del acero inoxidable 304 L

Propiedad Valor Unidades

Módulo elástico 1,9 x1011 N/m2

Coeficiente de Poisson 0,29 N/D

Módulo cortante 7,5x1010 N/m2

Densidad de masa 8000 Kg/m3

Límite de tracción 517017000 N/m2

Límite de compresión N/m2

Límite elástico 206807000 N/m2

Coeficiente de expansión térmica 1,8x105 /k

Conductividad térmica 16 W/(m.k)

Calor específico 500 J/(kg.k)

Coeficiente de amortiguamiento del material N/D

Fuente: SolidWorks

4.3.1.2 Definir el mallado. Una vez modelado la tolva en SolidWorks, se procede a

exportar la pieza al software ANSYS 14.0 versión académica que tiene la desventaja de

contar con una cantidad de nodos delimitada, lo que disminuye la capacidad de análisis

para realizar el mallado, es importante la creación de un mallado muy fina para obtener

un resultado homogénea en toda la pieza, en este caso se refino en los agujeros dónde

están los pernos de sujeción contra la base de la estructura para que puedan presentarse

los máximos esfuerzos. Se utilizaron 80 795 elementos lo que representa 147 313 nodos

como se muestra en la figura 23.

Figura 23. Mallado de la tolva

Fuente: Autor

38

4.3.1.3 Condiciones de soporte y estado de cargas. El siguiente paso es asignar las

reacciones y cargas presentes en la tolva. Las reacciones estarán en los agujeros dónde se

insertan tornillos que sujeten la base estructural con la tolva. La carga será los 50 kg (500

N) que es la capacidad de la máquina peladora de soya seca propuesto como objetivo el

cual se divide para las cuatro caras internas de la tolva. Al dividir la carga de 50 kg y

tomando en cuenta que la soya se descarga en un minuto (60 s), obtenemos una fuerza

promedio de 29,17 [N] en sentido vertical en el centro geométrico de cada cara.

Figura 24. Cargas y reacciones en la tolva

Fuente: Autor

4.3.1.4 Resultados. Para obtener los resultados mediante el uso de software se busca

determinar los valores del esfuerzo que están considerando a cada elemento mecánico,

las deformaciones que presentan y el factor de seguridad que puedan tener. Los resultados

adquiridos de la simulación muestran que el esfuerzo equivalente de Von Mises máximo

de la tolva es de 14,3 [MPa], como se muestra en la figura 25.

Figura 25. Esfuerzo de Von-Mises

Fuente: Autor

39

Acercándose aún más se puede apreciar el punto crítico del esfuerzo máximo que es en

el borde en los agujeros, dándose a conocer la ventaja que tiene el Método de elementos

finitos frente a los cálculos teóricos de los esfuerzos que usan como criterio condiciones

de cargas estáticas y/o cíclicas cuando se trata de elementos geométrico irregulares como

es el caso de la tolva.

Figura 26. Esfuerzo máximo en la pared de la tolva

Fuente: Autor

La deformación máxima que sufre el elemento es de 1,09x10-4 [m] (0,109 [mm]), lo cual

puede resumirse que no es tan considerable para que haya una fractura breve. El factor de

seguridad es de 6,0458, dando así una seguridad adecuada.

Tabla 15. Resultados del esfuerzo a fatiga de la tolva

Esfuerzo equivalente Deformación Total Factor de seguridad

Max [Pa] Min [Pa] Max [m] Min [m] [Goodmam]

1,43x107 3383,6 1,09x10-4 0 6,0458

Fuente: Autor

4.4 Determinación estadística del tamaño de la soya

Es necesario determinar el tamaño de la soya para regular la abertura entre las piedras

superior e inferior dando como resultado un buen aplastamiento del grano para la

remoción de la cáscara que es el objetivo final.

Las medidas se tomaron para unos doscientos granos tanto el ancho, el largo y el espesor,

de la misma, como se muestra e la figura, sacando un promedio total de ellas.

40

Figura 27. Medidas de la semilla de soya

c

a

X

Y

Z

b

Fuente: Autor

Donde:

a=Longitud [mm]

b=Ancho [mm]

c=Espesor [mm]

Las semillas serán los que se encuentren normalmente en el mercado de diferentes

diámetros y diferente grado de humedad para proseguir a sacar un promedio total de ellos.

De acuerdo a la medición de 200 granos de soya ha arrojado los siguientes datos

dimensionales promedio para las partes definidas el esquema de dimensionamiento. Ver

Anexo A (Medidas de granos de soya)

Tabla 16. Propiedades de la soya

a (longitud, mm) b (ancho, mm) c (espesor, mm)

7,405 6,1805 5,6265

Fuente: Autor

4.5 Determinación de la cantidad de soya en 1 kg

Al momento de moler las semillas se asume que en las piedras pelan una cantidad de 1

kilogramo por minuto. Para determinar la cantidad de granos de soya por kilogramo, se

41

determina pesando 20 unidades varias veces, con ello se tabula aquellos datos y se

determina un promedio.

Figura 28. Peso de la soya en la balanza de brazo

Fuente: Autor

Para encontrar cuantas semillas existe en un kilogramo, se procede a extrapolar con la

ecuación (3).

m =y2−y1

x2−x1

m =954−60

142−9,4= 6,76 (25)

La pendiente de la recta es igual ha m = 6,76; con este valor procedemos a encontrar la

intersección en el eje Y del plano cartesiano y lo denominamos con la letra b:

b = 60 − (6,76 ∗ 9,4) = −3,51 (26)

Aplicamos la ecuación (4) para encontrar el número de semillas

y = mx + b

Para 1000 g (1 kg) se tiene:

42

y = (6,76 ∗ 1000) − 3,51 (27)

y = 6753 unidades (28)

Al graficar en Excel, se proyecta la cantidad de semillas para 1000 gramos de peso, esto

es de 6753 unidades aproximadamente.

Figura 29. Extrapolación para el número de semillas en 1000 gr

Fuente: Autor

4.6 Determinación del diámetro del disco

Como el diámetro de la semilla de soya es 6,78 mm aproximadamente se define el área

de una semilla de soya con la ecuación del área de una circunferencia dando un valor de

36,058 mm2. Para determinar el área del disco aplicamos la ecuación (5).

Apiedra = ηsemilla∗Asoya

Apiedra = 6753 ∗ 36,058mm2 (29)

Apiedra = 0,243 m2 (30)

A esto hay que multiplicar la porosidad inter granular entre las semillas de soya al

momento de colocar en la tolva o en el depósito que tiene un valor de 22,58 - 20,61 %, a

43

una humedad de rango entre 8 a 16 % según los estudios de “Agricultural Structures and

Irrigation”, de la facultad de Agricultura de la universidad de Ondokuz Mayis de Turquía,

adjuntado a en la tabla 3 de las propiedades físicas de la soya.

Apiedra = 0,243 m2 ∗ 22% (31)

Apiedra = 0,0534 [m2] (32)

Apiedra =π(Dpiedra)

2

4 (33)

Dpiedra = 261,17 [mm] (34)

4.6.1 Selección de la piedra abrasiva. En el mercado existen piedras de moler de

fabricación nacional e importada de acuerdo a las necesidades que se los vaya a

considerar. Cabe destacar que las piedras de fabricación nacional son de origen de roca

volcánica entre otros y no se han realizado ningún estudio para determinar si no causan

algún daño a la salud del consumidos Por ello se considera piedras que tengan garantía

de una empresa con años de experiencia. Se toma las dimensiones del catálogo ENGSKO,

esto es de 300 mm de diámetro para una potencia de 2 a 3 HP de potencia.

Tabla 17. Selección de la piedra

Diameter of

millstone “/mm

Diamétre de

meules “/mm 12/300 16/400 20/500

Standard flat

pulley “/mm

Poulie plate

“/mm 10x31/2/250x90 12x4/300x105 16x4/400x105

Horse power CV 2-3 3-5 7,5-10

Rev. Per

minute

Tours par

minute 700 600 525

Output kg/h Capacité kg/h 100-200 250-350 500-650

Horse power CV 3-5 5-7,5 10-15

Rev. Per

minute

Tours par

minute 750 650 550

Output kg/h Capacité kg/h 250-300 300-500 500-700

Fuente: (ENGSKO, 2012)

La pareja de piedra debe estar con tornillos de fijación, tanto para la parte superior fijada

a una placa en el centro de la estructura como para la piedra inferior que debe estar fija al

eje de rotación principal. Las superficies de las piedras deben estar estriadas o acanaladas

44

para un mejor agarre de las semillas en sentidos opuestos del otro para que exista un

arrastre adecuado.

Figura 30. Piedra abrasiva

Fuente: (MILLSTONES & STONE GRINDING MILLS PAGE, 2015)

4.7 Carga necesaria para el pelado de la soya

El principio de funcionamiento del equipo consiste en someter los granos de soya a

fuerzas de compresión graduada, por ello se forma la fricción entre las dos piedras y la

semilla cuando se desplaza por la superficie marcada y áspera. Un parámetro importante

a tomar en consideración es la fuerza de rozamiento necesaria para romper la cáscara de

la semilla. Esta fuerza de rozamiento y la velocidad tangencial de trabajo son las que

determinan la entrada de potencia en el eje de rotación principal para finalmente

determinar la potencia de motor eléctrico requerido en el funcionamiento correcto de la

máquina.

En el laboratorio de resistencia de materiales se aplica la medición experimental en cada

semilla aplicando cargas a compresión hasta que se debilite cada uno de las partes

llegándose a fracturar, de esa manera se puede visualizar hasta cuanto de carga puede

soportar una semilla.

45

En la figura 31, se ilustra la forma como se aplica una fuerza a compresión distribuida

aplicadas en cada uno de las semillas.

Figura 31. Carga en una semilla de soya

Fuente: Autor

Las mediciones de la carga aplicada se realiza empleando una precarga en la máquina

universal, luego paulatinamente se superpone la carga hasta ver que en la semilla se abra

una pequeña hendidura lo cual se va prolongando conforme se agrega más carga

paulatinamente. En último lugar la semilla queda destrozada completamente, procediendo

a tomar la medición de cuanta carga en kilogramos fuerza se ha marcado en el panel de

control de la máquina universal.

Figura 32. Medición de la carga en una semilla de soya

`

Fuente: Autor

Se realiza las mediciones para un total de 10 semillas (n) una a una, para encontrar la

carga promedio a compresión P. Además se aplica cargas para un total de 10 semillas en

46

conjunto para sacar el promedio y comparar con las cargas de las semillas aplicadas

unitariamente.

Figura 33. Medición de la carga en las semillas de soya

`

Fuente: Autor

Los datos de las mediciones de la carga aplicada se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 18. Fuerza promedio aplicado a la soya

n Carga

kg

1 24

2 26,6

3 23,4

4 19,5

5 23,5

6 24,3

7 25,5

8 27,7

9 26,3

10 25,4

total 246,2

promedio 24,62

Fuente: Autor

La fuerza promedio que se obtiene es de 24,62 [kgf].

Con este dato se determina el esfuerzo neto para deformar la semilla.

47

4.8 Velocidad de rotación

Si modelamos en Auto CAD para un diámetro de 300 [mm] de la piedra, además de saber

que el diámetro de la soya está entre 6 a 7 [mm], tomando en cuenta la inter granulidad

entre las semillas se puede hallar la cantidad de semillas existentes por cada revolución.

Figura 34. Cantidad de semillas en la piedra

`

Fuente: Autor

NT = 1881 [u

rev] (35)

Para determinar la velocidad angular debemos tomar en cuenta otras cantidades, tales

como la capacidad de la máquina, la cantidad de soya en un kilogramo.

Ca = 50 [kg

h] (36)

Cb = 6751[u

kg] (37)

Para poder encontrar la velocidad de rotación es necesario determinar el torque máximo

de la piedra que se genera por la acción de las fuerzas tangenciales en la periferia externa

de la piedra. Por tanto se determinó que existen 120 semillas aproximadamente en la

48

periferia de la piedra, por ello aplicando la ecuaciones (7) procedemos a calcular cuántos

granos hay en una revolución de la piedra.

G =1

60∗ Ca ∗ Cb

Reemplazando los valores de las ecuaciones (38) y (39) en la ecuación (7)

G =1

60∗ 50 ∗ 6751 (38)

G = 5626[u

min] (39)

La velocidad angular de la piedra es igual al número de semillas existentes en la piedra

por minuto por la cantidad de semillas que hay en una revolución de la piedra.

ω =G

NT=

5626u

min

1881u

rev

(40)

ω = 3 [rev

min] = 0,313 [

rad

s] (41)

La velocidad angular existente para una cantidad de un kilogramos de semillas de soya

seca es de min/3rev .

4.9 Cálculo de las fuerzas radiales y tangenciales

Se necesita encontrar las fuerzas tangenciales y radiales con la cual sale expulsado la

semilla de soya, si la piedra inferior rota a 3 [rpm], y la semilla tiene que desplazarse

hasta el borde de la piedra, entonces se genera una curva cicloidal de forma matemática,

habiendo así generado un área de desplazamiento. Para que las semillas se desplacen,

tienen que estar sometidos a alguna fuerza interna movidos por las aceleraciones radiales

y tangenciales, éstas a su vez provocadas por las fuerzas respectivamente.

Con la ayuda del software Matlab se traza la trayectoria de la semilla, tomando en cuenta

un eje de coordenadas en el centro de la piedra y los límites en el eje positivo de 15 cm y

en el eje negativo de – 15 cm. La piedra rota en sentido anti horario, de esa forma se

49

localiza el área que genera una semilla de soya hasta cuando es expulsado de la piedra y

cae por el ducto principal, hasta su salida.

Para esto se debe calcular varias magnitudes importantes que deben ingresarse al

programa como requisitos para la simulación.

Figura 35. Trayectoria de la soya

Fuente: Autor

Utilizando la ecuación (9) definida en los capítulos anteriores se procede a encontrar los

valores que gobiernan la trayectoria:

r = a ± bcosθ

Por tanto reemplazando los valores tenemos:

r = 15 − 15cosθ (42)

Dónde:

a=15cm

b=15cm

50

Aplicando las teorías del cálculo diferencial e integral (ESPINOZA, 2000) del método

Jacobiano para una función de n variable en coordenadas polares, se utiliza la ecuación

(10) que gobierna aquella área:

A = ∬ rdrdθ

Si una semilla se desplaza 180°, tenemos por tanto los límites para resolver nuestra

integral.

0 ≤ θ ≤ π

0 ≤ r ≤ 15 − 15cosθ

A = ∬ rdrdθ15−15cosθ

0 (43)

Integrando estos datos se obtiene los valores de:

A = 0,0178[m2]

La fuerza radial de todas las semillas está gobernada por la siguiente ecuación (11):

∫ dFFr

0= σ ∫ dA

A

0

Resolviendo tenemos:

(Fr − 0) = σ ∗ (0,0178 − 0) (44)

Fr = 3,35x104 [N] (45)

La fuerza tangencial, aplicando la ecuación (12) es:

Ft = μ ∗ Fr

Ft = 0,6 ∗ 3,35x104 [N] (46)

51

Ft = 2,01x104 [N] (47)

Dónde:

=Coeficiente de rugosidad entre la soya y la piedra (ver tabla 3)

Ft=Fuerza tangencial en la semilla

4.10 Calculo del torque

T = Ft ∗ Rpiedra

T = (2,01x104[N]) ∗ (0,15 m) (48)

T = 3011,650 [Nm] (49)

Dónde:

T=Torque

Ft=Fuerza tangencial en la semilla

Rpiedra=Radio de la piedra

4.11 Cálculo de la potencia

P = Tω (50)

P = 3011,650 [Nm] ∗ 0,313[rad

s] (51)

P = 943,259 [watts] (52)

P = 1,264 [Hp] (53)

Como la semilla atraviesa entre las dos piedras, una superior y otra inferior se multiplican

por dos.

P = ( 1,264 ∗ 2)Hp (54)

P = 2,528 [Hp] (55)

52

Dónde:

P=Potencia

=Torque

=Velocidad angular

4.12 Selección de los elementos para realizar el movimiento

Para el pelado de la soya seca se va a utilizar la transmisión por poleas y bandas, esto nos

da la ventaja de patinaje de las bandas de caucho cuando se atasque la piedra, la cual

protege al motor de futuros anomalías.

Entonces los elementos principales para el funcionamiento serán un motor eléctrico,

poleas, correas.

4.12.1 Cálculo de la velocidad angular del motor requeridor. La velocidad angular

obtenido en la ecuación (41) es el análisis para una semilla de soya, en la periferia de la

piedra caben 120 semillas aproximadamente. Razón por la cual se realiza la siguiente

relación:

ω = 3 [rev

min]

ωconducida = Ns ∗ ω (56)

ωconducida = 120 ∗ 3rev

min (57)

ωconducida = 360 [rev

min] (58)

Dónde:

=Velocidad angular para una semilla

Ns=Número de granos en la periferia de la piedra

conducida=Velocidad angular de salida

En el mercado se encuentra dos tipos de motores, el de alta revolución por minuto (3600

rpm) y el de baja revolución por minuto (1750 rpm). Ahora, depende del criterio del

53

diseñador cuál de estos es preferible utilizar. Si se desea mover potencias elevadas, por

ejemplo una trituradora de piedra o una mezcladora de arena, es necesario determinar

motores que tengan una alta potencia pero bajo revolución y viceversa.

Debido a la potencia adquirida para rotar las piedras, es recomendable seleccionar un

motor con baja revolución que genere una potencia considerable para nuestro propósito.

ωconductor = 1750 [rpm] (59)

La relación de transmisión es igual a la velocidad de la polea motriz versus la velocidad

de polea conducida:

i =ωconductor

ωconducido=

1750 rpm

360 rpm (60)

i ≈ 5

Dónde:

conductor=Velocidad angular de entrada

i=Relación de transmisión

En base al cálculo realizado se selecciona un motor eléctrico con las especificaciones

mostradas en la siguiente tabla.

Tabla 19. Datos de la placa del motor

Potencia 3 HP

Modelo WEG

Frecuencia 60 Hz

RPM 1750

Voltaje 110/220

Amperaje 36/18

Polos 6

Fuente: Autor

4.13 Selección de los elementos de transmisión

En la selección de elementos que transmitan el movimiento de los mecanismos tales como

rodamientos, acoples, poleas entre otros componentes se determina el desempeño

54

confiable con el mínimo mantenimiento que brinde una mayor vida útil además de ser

fáciles de instalar y desmontar, sin dañar los ejes.

El motor tendrá que ir en la parte inferior de la base estructural verticalmente, anclado a

una base con pernos y arandelas, con espacios libres para la ventilación de la misma.

4.13.1 Potencia de diseño corregida. Para encontrar la potencia corregida es

necesario determinar el factor de diseño, estos valores van de acuerdo al tipo de máquina

como se muestra el Anexo B (Coeficiente de corrección de potencia para correas

trapezoidales)

Fs = 1,1 (61)

P = 3 [Hp] (62)

La potencia corregida está gobernada por la siguiente expresión

PD = P ∗ Fs (63)

PD = 3 ∗ 1,1 Hp (64)

PD = 3,3 Hp ≅ 2,46 [kW] (65)

Dónde:

Fs=Factor de seguridad

P=Potencia requerida

PD=Potencia de diseño

4.13.2 Selección de la correa adecuada. Hay que tener en cuenta la potencia de

diseño recomendada por las casas comerciales de correas trapezoidales, el cual depende

de las normas aplicadas en la construcción de estas.

Con la potencia de diseño (𝑃𝐷 = 2,46 kW), y la velocidad del eje más rápido

(𝜔𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 = 1750 𝑟𝑝𝑚), se escoge el tipo de correa adecuada en el siguiente cuadro.

55

Figura 36. Selección de la correa trapecial estrechas, según DIN 7753

Fuente: (OPTIBELT, 2014)

Con ello tenemos una correa de sección tipo SPZ

4.13.3 Diámetro de la polea. Según la norma DIN 2211 recomienda un diámetro de

la polea motriz de 63 mm como mínimo como nos indica la tabla en el Anexo B (Diámetro

nominal de las poleas)

Tabla 20. Diámetro primitivo de secciones de la correa

Perfil SPZ SPA SPB SPC

Ancho superior de la banda bo 9,7 12,7 16,3 22

Ancho estándar bd 8,5 11 14 19

Altura de la correa h 8 10 13 18

Distancia hd 2 2,8 3,5 4,8

Diámetro de polea min. Recomendado dd

min 63 90 140 224

Peso por metro (kg/m) 0,074 0,123 0,195 0,377

Frecuencia de flexión (s-1) fB máx. 100

Velocidad máx. De la correa vmax 42


En este caso, no existe una polea en el mercado con el diámetro de 63 mm, en este caso

se toma un diámetro de 64 mm de diámetro; Además de que la polea sea maciza según la

norma DIN 1691.

dd1 = 64 mm = 2,519 [in] (66)

Aplicando la relación de transmisión determinamos el diámetro mayor de la polea.

56

i =dd2

dd1 (67)

dd2 = i ∗ dd1 (68)

dd2 = 4,86 ∗ (64 mm) (69)

dd2 = 311 [mm] = 12,2 [in] (70)

En las tiendas comerciales se encuentran poleas de las siguientes dimensiones.

dd2 = 14 [in]

dd1 = 2,5 [in]

4.13.4 Distancia entre ejes provisional. Se determina la distancia teórica entre los

centros de los ejes que contienen las poleas, para este caso de se debe asumir el diámetro

nominal de las poleas.

𝑑𝑑𝑔: 14 [𝑖𝑛] = 355,6 [𝑚𝑚] Diámetro de referencia de la polea mayor (Selección según

DIN 2211) (OPTIBELT, 2014)

𝑑𝑑𝑘: 2,5 [𝑖𝑛] = 63,5 [𝑚𝑚] Diámetro de referencia de la polea menor (Selección según

DIN 2211) (OPTIBELT, 2014)

a > 0.7 ∗ (ddg + ddk) (71)

a > 0,7 ∗ (355,6 + 63,5)

a > 293,37

a < 2 ∗ (ddg + ddk) (72)

a < 2 ∗ (355,6 + 63,5)

57

a < 838,2

293,37 < a ≤ 838,2

Luego de calcular 𝑎𝑚𝑖𝑛 = 293,37 [𝑚𝑚] y 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 838,2 [𝑚𝑚] se elige una distancia

inicial entre estos dos valores.

a = 340 [mm] (73)

4.13.5 Longitud primitiva de la banda

L = 2a + 1,57(ddg + ddk) +(ddg−ddk)2

4a (74)

L = 2 ∗ 340 + 1.57(355,6 + 63,5) +(355,6−63,5)2

4∗340 (75)

𝐿 = 1400,72 [𝑚𝑚]

Al comparar con el catálogo mostrado tenemos un valor cercano, como se muestra en el

Anexo B (Longitud de la correa trapezoidal).

L′ = 1400 [mm]

Dónde:

L=Longitud de la banda (correa)

a=Distancia entre centros de los ejes

ddg= Diámetro de la polea conducida

ddk= Diámetro de la polea conductora

4.13.6 Distancia entre ejes real

𝑎𝑛𝑜𝑚 ≅ 𝑎 ±𝐿′−𝐿

2 (76)

Si L’>L (+)

58

Sí L’<L (-)

En nuestro caso tenemos L’<L (-)

anom ≅ 340 −1400−1400,72

2 (77)

anom ≅ 340,36 [mm]

Dónde:

anom= Distancia nominal

4.13.7 Cálculo de la velocidad de la banda: Es necesario encontrar una velocidad

adecuada de las bandas, para disminuir la cantidad de correas, pero no debe superar la

velocidad máxima para que el efecto de la fuerza centrífuga no disminuya la capacidad

de tensión de las correas.

v =n1∗ddk

19100≤ vmax (78)

Finalmente al resolver estas ecuaciones se adquiere una velocidad de la correa

v =1750rpm∗64mm

19100 (79)

v = 5,9[m

s] (80)

Se cumple con la condición de:

v ≤ vmax (81)

Dónde:

máx=20-30m/s Para correa de perfil normal

máx=35-45m/s Para correa de perfil estrecho

4.13.8 Ángulo de contacto y factor de ángulo de contacto C2. Es necesario determinar

los ángulos de contacto entre cada uno de las poleas y las correas esto admite cuanta

59

fricción se genera.

(ddg−ddk

anom) (82)

((355,6−63,5)mm

340,36 mm) (83)

0,858

Tabla 21. Factor del ángulo de contacto 𝒅𝒅𝒈 − 𝒅𝒅𝒌

𝒂𝒏𝒐𝒎 𝜷 𝑪𝟏

0 180° 1,00

0,05 177° 1,00

0,10 174° 1,00

0,15 171° 1,00

0,20 168° 0,99

0,25 165° 0,99

0,30 162° 0,99

0,35 160° 0,99

0,40 156° 0,99

0,45 153° 0,98

0,50 150° 0,98

0,55 147° 0,98

0,60 144° 0,98

0,65 141° 0,97

0,70 139° 0,97

0,75 136° 0,97

0,80 133° 0,96

0,85 130° 0,96

0,90 126° 0,96

0,95 123° 0,95

1,00 119° 0,94

1,05 115° 0,94

1,10 112° 0,93

1,15 109° 0,93

1,20 106° 0,92

1,25 103° 0,91

1,30 100° 0,91

1,35 96° 0,90

1,40 92° 0,88

1,45 88° 0,87

1,50 84° 0,86

1,55 80° 0,84

1,60 77° 0,83


Tenemos un factor de ángulo de contacto C1=0,96 y el águlo de =130°(2,27 rad)

4.13.9 Factor de desarrollo C3. Es para considerar la flexión que existe en las correas;

60

lo determinamos con la longitud de la correa determinada en el ítem 4.13.5. Utilizamos

la tabla del Anexo B (Factor de desarrollo C3), el factor C3=0,98

4.13.10 Cálculo de la cantidad de correa necesaria. Con los valores de los factores de

corrección C2, C3 y la potencia de diseño, se determina la cantidad necesaria de correas

útiles.

Es necesario encontrar la potencia nominal de la correa, tales valores se tabulan en la

tabla del Anexo B (OPTIBELT, 2014) con los valores del diámetro nominal de la polea

inferior ddk y la velocidad angular 1 de la polea motriz.

ddk= 2,5[in]=63,5[mm]

1=1750[rpm]

PN= (1,031+0,28) [kW]=1,76[Hp]

z =P∗Fs

PN∗C1∗C3=

3 Hp∗1,1

1,76∗0,96∗0,98 (84)

𝑧 = 1,99 ≅ 2

Dónde:

PN=Potencia nominal

P=Potencia transmitida por la correa

Fs=Factor de carga

C1=Factor de ángulo de contacto

C3=Factor de corrección de longitud de correa

Como podemos apreciar se necesitan 2 correas trapezoidales de perfil estrecho para la

transmisión del sistema.

4.13.11 Cálculo de la tensión en la correa. (UNIVERSIDAD CARLOS III DE

MADRID) se aplica la siguiente ecuación de Euler para el cálculo de la tensión en las

correas

T1

T2= efα (85)

61

Dónde:

T1=Tensión en la parte tensa

T2=Tensión en la parte floja

=Ángulo abrazado entre la correa y la polea (en radianes)

f=Coeficiente de rozamiento entre la polea y la correa, 0,4

T1

T2= e(2,27 rad)∗(0,4) = 2,48 (86)

Con la ecuación de la potencia en función de las tensiones y la velocidad.

P = (T1 − T2) ∗ v (87)

Transformando las unidades y despejando se tiene:

𝑇1 − 𝑇2 = 379 [𝑁] (88)

Al igualar y reemplazar en la ecuación 88 con 86 tenemos:

𝑇1 = 635,08 [𝑁] (89)

𝑇2 = 256,08 [𝑁] (90)

Figura 37. Diagrama de fuerzas en las correas trapezoidales

Fuente: Autor

62

Si 𝑭𝒆 es la fuerza debido a la tensión de la correa que une a las poleas debido al giro, en

un ramal de la correa habrá una fuerza T1 mayor que la fuerza resultante en el otro ramal

T2

ΣF𝑥 = 𝐹𝑒 − (𝑇2 + 𝑇1)cos 25° = 0 (91)

F𝑒 = (635,08 + 256,08)cos 25 (92)

F𝑒 = 807,67 [𝑁]

4.13.12 Torque del eje de transmisión. Con la fuerza de las correas trapezoidales, se

calcula el torque o momento generado en el eje.

τeje = (T1 − T2) ∗ddg

2 (93)

τeje = 379 [N] ∗0,3556[m]

2 (94)

τeje = 67,38 [Nm]

4.14 Diseño del eje de transmisión

Para calcular el diseño de del eje de transmisión se debe considerar ciertas fuerzas

externas de involucran para el pelado adecuado. Estas son la fuerza con que se comprime

a la semilla (P), la fuerza de fricción, las fuerzas tensores de la banda de la polea, las

reacciones en los apoyos de los cojinetes.

4.14.1 Cálculo del esfuerzo de la semilla de soya. Para el cálculo experimental del

esfuerzo de la soya se toma en cuenta la fuerza de compresión sobre el área de la soya.

σsoya =P

Asoya (95)

Asoya = 1,29x10−4 [m2] (96)

63

σsoya =242,0127 [N]

1,29x10−4[m2] (97)

σsoya = 1,88x106 [Pa] (98)

Dónde:

P=Carga de compresión aplicada en cada semilla

Asoya=Área de la semilla de soya

soya=Factor de cara

El eje principal de transmisión está colocada en forma vertical en el equipo, por ello se

considera en diseño como una columna, verificando si existe un pandeo de la misma.

Las cargas que afectan al eje son las siguientes:

p = 242,0127 [N] (99)

Esta fuerza se multiplica por las 120 semillas localizadas en la periferia de la piedra

p = 29042 [N] (100)

Peje = 6,20Kg

m= 30,41[N] (101)

Wpiedra = 79,83 [N] (102)

La suma total de estas fuerzas es:

P = p + Peje + Wpiedra (103)

P = 29145 [N] (104)

Para un diámetro del eje de:

d = 141 [in] = 31,75 [mm] (105)

64

Área de una sección circular es:

A =1

4πr2 (106)

A = 7,917x10−4 [ m2] (107)

I =1

4πr4 (108)

El momento de inercia de una sección circular:

I = 4,98821x10−8 [m4] (109)

Radio de giro:

K = √I

A (110)

K = 7,9375x10−3 [m] (111)

4.14.2 Cálculo del esfuerzo a compresión del eje. Si toda la carga aplicada en la piedra

será transmitida al eje principal de transmisión.

Propiedades del material del eje: Acero de transmisión

E= 205 GPa Modulo elástico

Sy=310 MPa Límite de fluencia

Para determinar le esfuerzo axial que soporta, aplicamos la ecuación (15)

σeje = −P

A (112)

σeje = −29 145 [N]

7,917x10−4 m2 (113)

σeje = −3,68x107 [Pa] (114)

65

Dónde:

eje=Esfuerzo por carga axial a compresión

PT=Carga axial de compresión

A=Área de la sección transversal

Como 𝑆𝑦 ≥ 𝜎𝑒𝑗𝑒 se determina el eje como una columna, analizando este por el método

de Johnson.

Figura 38. Fuerzas y reacciones en el eje principal

Fuente: Autor

Tanto Euler como Johnson, dan un criterio acerca del pandeo de una columna, por tanto

se tomara en consideración los siguientes datos.

L = 500 mm (115)

De acuerdo a la figura (6) la longitud efectiva de la columna es de tipo empotrado-

empotrado por tanto se utiliza la siguiente expresión.

66

Lp = 0,5 ∗ L (116)

Lp = 0,5 ∗ 0,5 m (117)

Lp = 0,250 [m] (118)

La columna actúa en la zona de Johnson, razón por la cual debe cumplir la siguiente

condición. Aplicamos la ecuación (16)

λ < λ0

La ecuación de Johnson de acuerdo a la ecuación (19) es:

Pc

A= Sy − bλ2

b =Sy2

4π2E (119)

b =(310 MPa)2)

4∗π2(205 GPa) (120)

b = 48 266,57 [N

m2] (121)

λ =Lp

K (122)

λ = 31,49

λ0 = √2π2E

Sy (123)

λ0 = 48,46

Entonces se cumple que 0

Al reemplazar los valores en la ecuación de Johnson

67

Pc = 577 119 467 [N] (124)

Para encontrar el coeficiente de seguridad, se aplica la ecuación (20):

η =Pc

PT (125)

η = 16 (126)

4.14.3 Análisis de fatiga del eje mediante FEA. Vamos a comprobar los resultados

expuestos anteriormente con el software ANSYS 14.0 versión académica estimando

resultados cercanos a la realidad.

4.14.3.1 Definición del material. El material usado para la elaboración del eje de

transmisión es el ASTM 1045, ideal para ejes de transmisión.

Tabla 22. Propiedades del acero de transmisión ASTM 1045

Propiedad Valor Unidades

Módulo elástico 2,5x1011 N/m2


Módulo cortante 8x1010 N/m2

Densidad de masa 7850 kg/m3




Coeficiente de expansión térmica 1,15x10-5 /K

Conductividad térmica 49,8 W/(m.K)

Calor específico 486 J/(Kg.K)

Cociente de amortiguamiento del material N/D

Fuente: SolidWorks

4.14.3.2 Definir el mallado. A continuación se hace un mallado del eje en el software

ANSYS 14.0 versión académica. Se utilizaron 21 352 elementos lo que representa 33 376

nodos como se muestra en la figura. Para simular el comportamiento de la chumacera y

el rodamiento inferior se utilizó soportes cilíndricos, los cuales restringen los

desplazamientos horizontales. El eje tiende a desplazarse verticalmente por medio de los

rodamientos cuando es regulado para abrir o cerrar la piedra sujeto al eje, para simular

este desplazamiento se utiliza un coeficiente de fricción de 0,2.

68

Figura 39. Mallado del eje

Fuente: Autor

4.14.3.3 Condiciones de soporte y estado de cargas. El siguiente paso es asignar las

reacciones y cargas presentes al eje. Las reacciones estarán en los rodamientos sujetos a

la estructura principal. La carga aplicada será de 29 145 [N] en sentido vertical hacia

abajo, esta carga es la suma de la fuerza a compresión que se tomó en el laboratorio como

se muestra en la tabla (20), el peso de la piedra inferior sujeto al eje, el torque generado

por la rotación de la polea conducida. La fuerza en el eje por efecto de la polea mayor es

de Fe=807,67 [N], y el torque de 67,38 [N.m]

Figura 40. Cargas y reacciones en el eje de transmisión

Fuente: Autor

69

Al importar el ensamblaje del SolidWorks al ANSYS 14,0 el software detecta las zonas

de contacto entre cada uno de los cuerpos en las proximidades de las superficies. Sin

embargo es recomendable modificar para asegurar que los elementos del diseño actúen

de manera adecuada.; Ansys permite establecer los tipos de contacto entre cada uno de

las piezas, ellos son:

Bonded: Los elementos permanecen juntos entre sí

No separation: Los elementos permanecen juntos y se deslizan sin fricción

Frictionless: Los elementos no tienen fricción entre si

Frictional: Los elementos tienen fricción

Rough: No se permiten los desplazamientos entre contactos

4.14.3.4 Resultados. Los resultados adquiridos de la simulación muestran que el

esfuerzo equivalente de Von Mises máximo del eje es 78 [MPa], y el mínimo es de 47,80

[KPa] como se muestra en la figura 41.

Figura 41. Esfuerzo de Von-Mises en el eje de transmisión

Fuente: Autor

Acercándose aún más se puede apreciar que el esfuerzo máximo es en el borde en los

agujeros, que fija el disco que contiene a la piedra inferior, lo cual está establecido con

dos pernos de 0,38 in de diámetro. Para solucionar estos defectos se debe crear un biselado

en los bordes de los agujeros, suavizando así la propagación de las grietas.

70

Figura 42. Esfuerzo máximo en el punto crítico del eje

Fuente: Autor

Para acercar a un valor exacto, es recomendable refinar el número de nodo del elemento

del eje.

Tabla 23.Número de nodos vs esfuerzo de Von Mises

Nodos Esfuerzo

26157 7,84E+07

27331 7,99E+07

28549 7,76E+07

29987 7,86E+07

33376 7,81E+07

34641 8,03E+07

37558 7,99E+07

38207 7,97E+07

38968 7,98E+07

40798 7,93E+07

50271 7,94E+07

52294 7,95E+07

54685 7,84E+07

57186 7,80E+07

61478 7,88E+07

63399 7,95E+07

70267 7,88E+07

85831 8,00E+07

99015 7,99E+07

125283 7,98E+07

165805 8,02E+07

Fuente: Autor

El diagrama de nodos vs esfuerzo Von Mises.

71

Figura 43. Curva esfuerzo vs número de nodos

Fuente: Autor



seguridad mínima es de 4,0652 y el máximo es de 15, dando así un resultado muy próximo

al calculado en forma teórica mostrado en la ecuación (124).

Tabla 24. Resultados del esfuerzo a fatiga del eje

Esfuerzo equivalente Deformación total Factor de seguridad

Max [Pa]e Min [Pa] Max [m] Min [m] Max Min

7,81x10+07 23262 3,35x10-05 0 15 4,0652

Fuente: Autor

Como la carga crítica es mayor que la carga aplicada entonces es adecuado el diámetro

del eje.

4.15 Velocidad crítica del eje

La máquina de pelar soya seca en el instante que entra en funcionamiento está dispuesto

a un sin número de vibraciones debido a las fuerzas que en ella producen, en caso de que

sea un eje sin consideraciones de rigidez puede fallar y no cumplir el tiempo de vida útil

diseñada. Para ello se considera el cálculo de la velocidad crítica del eje el cual determina

la deformación del eje sin las cargas externas, tomando en cuenta la rigidez de la masa

72

total del eje. Para un eje con varias masas concentradas se aplica la ecuación de Rayleigh

Ritz (HALL, y otros)

wc = √g∗∑ Wn∗δn

j1

∑ Wn∗δn2j

1

(127)

Dónde:

Wn=Peso de la masa n-ésima

n=Deformación estática en la masa n-ésima

j=Número total de masa

Para mayor comodidad se analiza el eje en forma horizontal y que las cargas descansen

sobre los rodamientos en sus respectivos puntos de aplicación. Llamamos W1 al peso de

la piedra inferior, y W2 al peso de la polea de 14 in de diámetro.

Con la ayuda del software SAP 2000 V17, se procede a calcular las deformaciones en los

puntos donde se encuentra la polea y la piedra.

La deformación máxima del eje de transmisión debido al peso de la piedra inferior es de

𝛿1 =6,793x10-5 mm, como se muestra en la figura 44 y 45.

Figura 44. Deformación del eje debido al peso de la piedra

Fuente: Autor

A continuación se determina la deformación debido al peso de la polea:

73

Figura 45. Deformación del eje debido al peso de la polea

Fuente: Autor

La deformación máxima debido al peso de la polea es de 1 =5,206x10-5 [mm]

Al multiplicar el peso de cada polea con la deformación respectiva, se tiene los siguientes

valores.

W1 ∗ δ1 = 6,63 [Kgf] ∗ 6,793x10−5[mm] = 4,5x10−4[Kgf. mm] (128)

De igual manera para el peso de la polea y la deformación:

W2 ∗ δ2 = 3,59[Kgf] ∗ 5,206x10−6 [mm] = 1,87x10−5[Kgf. mm] (129)

La sumatoria de ambos valores se tiene:

∑(4,5x10−4 + 1,87x10−5)[𝐾𝑔𝑓𝑚𝑚] = 4,687𝑥10−4[𝐾𝑔𝑓𝑚𝑚] (130)

De la misma forma se realiza las siguientes operaciones pero elevando al cuadrado la

deformación en los puntos ya mencionados.

W1 ∗ δ12 = 6,63 Kgf ∗ (6,793x10−5mm)2 (131)

W1 ∗ δ12 = 3,06x10−8 [Kgfmm2]

A continuación se determina los valores para la deformación por la polea.

W1 ∗ δ22 = 3,59Kgf ∗ (5,206x10−6mm)2 (132)

74

Cr1 ∗ δ22 = 9,7297x10−11 [Kgfmm2]

La sumatoria de los valores anteriores es:

∑(3,06x10−8 + 9,7297x10−11) = 3,07x10−8 [Kgfmm2] (133)

Seguidamente se reemplaza en la ecuación general de Rayleigh Ritz (136)

wc = √g∗∑ Wn∗δn

j1

∑ Wn∗δn2j

1

wc = √(9,81 m/s2∗4,687x10−4Kgf.mm

3,07x10−8 Kgf.mm2 (134)

wc = 12238[rad

s] = 116864 [rpm] (135)

ω ≤ wc

Al concluir se obtiene que la velocidad normal de trabajo es 360 [rpm], lo que deduce que

es muy inferior a la velocidad crítica, dando así una seguridad en la vida del eje.

4.16 Análisis de esfuerzos en la placa superior

La placa superior tiene agrupadas algunos elementos tales como la tolva, la piedra

superior, que están fijas con tornillos y tuercas a la estructura principal de la máquina. La

carga aplicada en estos materiales generan cierta incertidumbre en los pernos de sujeción,

razón por lo cual es útil seleccionar los tornillos de fijación adecuado.

Los pasos para modelar son los siguientes:

Se modela la plancha en SolidWorks, con sus respectivas dimensiones

Se edita el tipo de material del que está construido

SolidWorks debe estar enlazado con ANSYS Workbench, 14.0 para insertar la

pieza en ANSYS

75

Una vez la placa esté en ANSYS, se debe analizar el tipo de mallado fino

Se define las cargas aplicadas y los puntos de soporte en los bases de aplicación y

dirección.

Se ejecuta el programa, y se analiza los resultados obtenidos.

Figura 46. Placa superior

Fuente: Autor

4.16.1 Definición del material. El material usado para la placa superior es el acero

inoxidable AISI 304, ideal para la manipulación de alimentos, libre de corrosión y de fácil

limpieza y desinfección según las buenas prácticas de manufactura (BPM).

Tabla 25. Propiedades del acero inoxidable AISI 304

Propiedades Valor Unidades

Módulo elástico 1,9x1011 N/m2


Módulo cortante 7,5x1010 N/m2

Densidad de masa 8000 Kg/m3




Coeficiente de expansión térmica 1,8x10-5 /k

Conductividad térmica 16 W/(m.k)

Calor específico 500 J/(kg.k)

Coeficiente de amortiguamiento del material N/D

Fuente: SolidWorks

4.16.2 Definir el mallado. A continuación se hace un mallado del eje en el software

ANSYS 14.0 versión académica. Se utilizaron 56 7711 elementos lo que representa 859

76

940 nodos como se muestra en la figura. Se realiza un refinado en los puntos dónde está

colocado la base de la tolva y la sujeción de la piedra.

Figura 47. Mallado de la placa

Fuente: Autor

4.16.3 Condiciones de soporte y estado de cargas. La base de la tolva está fija en los

cuatro agujeros de 3,56 [mm] y la carga de la piedra en los tres agujeros de 11,176 [mm]

de diámetro, razón por la cual se refina en estos puntos. La suma del peso para los cuatro

agujeros de 3,56 [mm] será:

Peso máximo de la soya: 50 [kg]

Tolva: 2,96 [kg]

Soporte estructural de la tolva: 1,04 [kg]

Plato de descarga desde la tolva: 0,253 [kg]

Al sumar todos estas cargas para aplicar sobre la placa, tenemos 54,253 [kg] (532,22 [N]);

Se tiene que dividir esta fuerza para cuatro dando así un valor de 133,055 [N] en cada

agujero.

El peso para los agujeros de 11.176 [mm] que soporten la piedra será:

Piedra superior: 6,44 [kg] (63,176 [N])

77

Esta carga se divide para tres, dando así un valor de 21,058 [N]

La reacción será en sentido vertical positivo

Figura 48. Cargas y reacciones de la placa

Fuente: Autor

4.16.4 Resultados. Para obtener los resultados mediante el uso de software se busca

determinar los valores del esfuerzo que está sintiendo la placa, las deformaciones que

presenta y el factor de seguridad que pueda tener. Los resultados adquiridos de la

simulación muestran que el esfuerzo equivalente de Von Mises máximo de la tolva es de

29,55 [MPa], como se muestra en la figura 49.

Figura 49. Esfuerzo máximo en la placa

Fuente: Autor



seguridad mínima es de 2,9172 y el máximo es de 10

78

Tabla 26. Resultados del esfuerzo a fatiga del eje

Esfuerzo equivalente Deformación total Factor de seguridad

Max [Pa] Min [Pa] Max [m] Min [m] Max Min

2,95x10+07 17898 1,07x10-04 0 10 2,9172

Fuente: Autor

Realizando un análisis de la deformación el cual tiene que cumplir con la limitación

proporcional establecida para las cargas vivas según algunas normas y paquetes de

software son:

AISC: L/360

SAP 2000: L/240

Otros: L/300

Al observar el desplazamiento de la plancha superior cuya longitud es de 440 mm, y

tomando en consideración la flecha permisible L/300 se tiene entonces:

deformación permisible =440

300= 1,46 [mm] (136)

La deformación de la placa superior es de 0,107 [mm], lo cual es inferior a la deformación

permisible considerando así que tiene la rigidez apropiada para soportar las cargas

impuestas.

En la placa superior está fijada con 8 pernos de 3/10[in] de diámetro en la base de la

estructura principal con sus respectivas arandelas y tuercas.

4.17 Selección de rodamiento

En el punto C se localiza la polea conducida de 14 [in] de diámetro sujeto al eje el cual

gira a 360 [rpm] y transfiere potencia con impacto ligero a la piedra inferior de 300 [mm]

de diámetro. Se debe seleccionar los rodamientos adecuados para los puntos B y D,

tomando en consideración las cargas que lo afectan, la vida de los rodamientos, la

lubricación y la temperatura de trabajo. Además se debe poner en consideración las

tenciones T1 y T2 de la correa (tensa y floja), la fuerza tangencial de la piedra y el torque

producidos en ellas. Para ello se determina las reacciones en el eje de transmisión

considerando los planos que lo contiene XY y YZ.

79

Figura 50. Fuerzas aplicadas en el eje

Fuente: Autor

Se considera las fuerzas de las correas, las cuales no deben estar excesivamente tensas ya

que si lo están pueden afectar la vida de los rodamientos aun cuando estén correctamente

lubricados; pero tampoco deben estar flojos ya que pueden deslizarse fácilmente cuando

se aumente la carga, dándose chirridos por deslizamiento entre los flancos de las correas

y los canales de las poleas, dando así una alteración temprana de la tela de recubrimiento

de las correas.

4.17.1 Cálculo de las reacciones del eje.

Figura 51. Cargas y reacciones en el plano XY

Fuente: Autor

80

La tensión en el punto C está dividido por la parte floja y tensa como se muestra en las

ecuaciones (89) y (90).

Con: T1 = 635,08 [N] y T2 = 256,08 [N]

Sumatoria de fuerzas en el eje x y sumatoria de momento en el punto D:

ΣFx = 0 (137)

RBX + RDX − T1sen25° + T2sen25° = 0 (138)

Sumatoria de momentos en el punto D

ΣMD = 0 (139)

(RBX ∗ 280) − (T1sen25° ∗ 116) + (T2sen25° ∗ 116) = 0 (140)

Resolviendo las ecuaciones (140) y reemplazando en la ecuación (143) se tiene las

reacciones en el punto B y D

RBX = 66,36 [N]

RDX = 93,81 [N] |

Sumatoria de fuerzas en Y:

ΣFy = 0 (141)

RBY + RDY − P = 0 (142)

La carga P= 242,0127 [N] de la ecuación (99) se subdivide para ambas reacciones en los

puntos B y D.

RBY =P

2 (143)

81

Reemplazando:

RBY =245.127 [N]

2 (144)

RBY = 122,6 [N]

RDY = 122,6 [N]

Las fuerzas resultantes son en el plano XY:

RBxy = √(66,36)2 + (122.6)2 (145)

RBxy = 139,4 [N] (146)

RDxy = √(93,81)2 + (122.6)2 [N] (147)

𝑅𝐷𝑥𝑦 = 154,4 [𝑁] (148)

4.17.1.1 Análisis de la carga en el plano ZY. Tomando en cuenta las reacciones

anteriormente calculadas, se debe tener presente las componentes de las reacciones en

diferentes planos para determinar un promedio de estas mediante el teorema de Pitágoras;

en este caso se considera el plano YZ.

Figura 52. Cargas y reacciones en el plano ZY

Fuente: Autor

82

Sumatoria de fuerzas en el eje Z

ΣFz = 0 (149)

RBZ + RDZ − T1cosθ − T2cosθ = 0 (150)

Sumatoria de momentos en el punto D:

ΣMD = 0 (151)

RBZ ∗ 280 − T2cosθ ∗ 116 − T1cosθ ∗ 116 = 0 (152)

Reemplazando los valores:

RBZ ∗ 280 − 116 ∗ cos25°(635,08 + 256,08) = 0 (153)

RBZ = 334,6 [N]

Reemplazando en la ecuación (150), tenemos:

RDZ = 473,1 [N] (154)

Sumatoria en el eje Y:

ΣFy = 0 (155)

RBY + RDY − P = 0 (156)

La carga P se subdivide para ambas reacciones del punto B y D:

RBY =P

2 (157)

RBY =242,127 [N]

2 (158)

RBY = 122,6 [N] (159)

83

RDY = 122,6 [N] (160)

Las fuerzas resultantes en el plano ZY.

RBzy = √(334,6)2 + (122,6)2 (161)

RBxy = 356,4 [N] (162)

RDzy = 488,7 [N] (163)

RDzy = √(473,1)2 + (122,6)2 (164)

Las fuerzas resultantes en los puntos B y en D son:

RB = √(139,4)2 + (356,4)2 (165)

RB = 382,7 [N] (166)

RD = √(154,4)2 + (488,7)2 (167)

RD = 512,5 [N] (168)

En definitiva, con estas magnitudes de reacciones se procede a seleccionar los

rodamientos adecuados, en cada uno de los puntos asignados, teniendo en consideración

las condiciones de trabajo y la dirección de la carga crítica que afecte a eje.

4.17.1.2 Selección del rodamiento. Para seleccionar un rodamiento, es necesario tomar

en cuenta la dirección y el sentido de las cargas dinámicas y estáticas que se aplican en

ella, además del diámetro del eje, donde será colocado con una tolerancia de ajuste

apretado. La siguiente tabla muestra los datos para un rodamiento de bolas obtenido de

los catálogos. La velocidad de rotación máxima que soporta el rodamiento es de 13000

[rpm] que es muy superior a la velocidad de rotación a la que gira el eje. La selección del

rodamiento se toma de los catálogos de FAG ajustado al diámetro del eje, en caso de que

no exista el diámetro adecuado se toma un rodamiento con un diámetro menor al eje,

84

debido a que es más accesible dar un maquinado a las condiciones requeridas. Ver Anexo

C

Tabla 27. Datos generales del rodamiento

DATOS DEL RODAMIENTO

Denominación 7206 B.TVP

d= 31,75 mm

D= 57,15 mm

B= 12,7 mm

C= 13,26 KN

Co 8,275 KN

v(límite) 13000 rpm

v(refer.) 13000 rpm

Pu 950 N

Fuente: Autor

Los rodamientos de bolas de contacto angular cubierto de chapa de acero o de latón, con

pistas de rodadura en los anillos interiores y exteriores están diseñados para soportar

límites de carga considerables. Los rodamientos skf deben tener lubricación estándar

desde la fábrica para mayor fiabilidad que ahorren el mantenimiento y la vida útil de los

componentes. Una de las leyes de la física que gobiernan en este tipo de materiales es las

fuerzas de fricción, que técnicamente para industrias grandes se considera el estudio de

la tribología el cual estudia la interacción de las superficies en movimientos relativos.

Figura 53. Rodamiento 7206B.TVP

Fuente: (FAG, 2015)

Las condiciones a las que debe trabajar el rodamiento a plena carga son el número de

revolución a la que gira el eje, la temperatura, la fuerza o carga aplicada en el punto D,

las condiciones de limpieza del rodamiento, y el tipo de lubricante que se aplica para su

optimo trabajo, como se muestra en la siguiente tabla 28:

85

Tabla 28. Condiciones de trabajo del rodamiento

CONDICIONES DE TRABAJO

n= 360 rpm

T= 50 °C

FD 512,5 N

nc= Normal limpieza

Lubricante= ISO VG32

Fuente: Autor

Es necesario encontrar la vida nominal del rodamiento por la combinación de las cargas

axiales y radiales, aplicando las siguientes ecuaciones:

Fa

Fr≤ e (169)

Fa

C0 (170)

P = XFr + YFa (171)

Donde:

X=Factor de carga radial

Fr=Carga radial

Y=Factor de carga axial

Fa=Carga axial

La carga aplicada en el punto D es 𝐹𝐷 = 512,5 [𝑁] con ello se determina los valores de

Fr y Fa. Los valores de X Y, se determinan de la tabla que se muestra en el Anexo C

(Factores axiales y radiales para rodamientos rígidos de bola)

Finalmente se determina la ecuación de la vida útil del rodamiento considerando la carga

dinámica equivalente (P) y la capacidad de carga dinámica (C) elevando al exponente de

vida útil (p) para rodamientos de bola:

L10 = (C

P)

p

(172)

Donde:

C=Capacidad dinámica

86

L10=Vida útil nominal

P=Carga equivalente

p=Exponente de vida útil

Para el exponente de vida útil se escoge dependiendo que tipo de rodamiento es, ya sea

de bolas o de rodillos.

Tabla 29. Vida nominal del rodamiento

VIDA NOMINAL

L10= 5289 [106 rev]

C= 13,26 KN

P= 0,761 KN

p(bolas)= 3

p(rodill)= 3,33

Fr= 0,444 KN

Fa= 0,256 KN

X= 0,56

Y= 2

Fuente: Autor

La vida útil del rodamiento es de 5289 millones de revoluciones.

Para determinar el factor de viscosidad se utiliza el valor de la viscosidad real en función

del tipo de la temperatura del lubricante (𝑣) sobre el valor de la viscosidad nominal (𝑣1)

en función del diámetro medio del rodamiento; Estos valores se tabulan de la tablas de

los Anexo C (Viscosidad del rodamiento en función del diámetro).

La viscosidad en función de la temperatura depende del tipo de lubricante, en este caso

es ISO VG 32, y la viscosidad nominal se escoge en función del número de revoluciones,

en este caso n=360 rpm.

K =v

v1 (173)

Tabla 30. Relación de viscosidad

RELACIÓN DE VISCOSIDAD

K= 0,494

V= 23,905 mm2/s

V1 48,399 mm2/s

Fuente: Autor

87

Para encontrar el valor de la vida ajustada del rodamiento, se aplica la siguiente ecuación.

Lnna = a1 ∗ askf ∗ L10 (174)

Donde:

askf= Factor skf

a1=Factor de fiabilidad

Tabla 31. Vida ajustada

VIDA AJUSTADA:

Lnna= 28145,633 [106 rev]

askf= 8,604

a1= 0,62

R= 95 %

L10= 5289

nc= 0,5 Normal limpieza

Pu= 0,95 KN

P= 0,761 KN

uc

Pn

P

0,624

Fuente: Autor

4.18 Diseño del sistema de extracción de la cáscara

Muchas de las veces es recomendable diseñar un ventilador para el lugar donde va a

funcionar la máquina, ya que si se selecciona el ventilador de un catálogo las condiciones

vienen dadas con las características funcionales a nivel del mar. Para este cálculo se toma

en cuenta las siguientes condiciones de trabajo en la ciudad de Riobamba:

Temperatura promedio anual, T= 14°C

Altitud, msnm = 2754

Densidad del aire, 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 = 0,734 [kg/m3]

Presión atmosférica, P= 74 [KPa]

La velocidad promedio del viento, 𝑣𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1,8 [m/s]

La viscosidad del aire, 𝜌 = 1,84𝑥10−5 [𝑃𝑎 . 𝑠]

4.18.1 Cálculo de la velocidad de salida desde la piedra. Una vez que las semillas se

desprenden de la cáscara, proceden a desalojarse desde las piedras que lo molieron, por

un ducto de salida, es útil entonces determinar con que velocidad se desprende. La

velocidad se determina a partir de la velocidad tangencial y la velocidad centrífuga.

88

Figura 54. Análisis de la velocidad de salida del grano en Working Model

Fuente: Autor

La velocidad con que se desprende las semillas y cáscaras ya peladas desde la piedra por

el ducto de descarga principal es de 𝑣𝑠 =5,66[m/s], 𝑣𝑠𝑥 =5,378 [m/s], 𝑣𝑠𝑦 =1,747 [m/s]

4.18.2 Cálculo del caudal en el ducto principal. El área de la sección transversal del

ductos es el ancho por el largo de la sección transversal:

A = bh (175)

A = 143x90(mm) (176)

A = 0,01287 m2 (177)

El caudal de entrada en el ducto que le designaré punto A es igual a la velocidad con que

se desprende desde las piedras y se desliza hasta llegas a la salida del ducto:

QA = vsx ∗ A (178)

QA = 5.66 m/s ∗ 0.01287m2 (179)

QA = 0,0728 m3/s

Con la ayuda de SolidWorks se determina la fuerza de corriente de aire en el componente

“x”, que es la dirección que toma la cáscara por la absorción del ventilador.

89

Figura 55. Trayectoria del flujo de la soya por el ducto principal

Fuente: Autor

La fuerza de absorción es por el ramal del ventilador es:

𝐹𝑎 = 0,009 [𝑁] (180)

4.18.3 Diferencia de presión a la entrada del ventilador. A continuación se determina

la diferencia de presión que existe a la entrada del ventilador por medio del teorema de

Bernoulli:

Figura 56. Ducto de descarga indicando el punto para la toma de presiones

Fuente: Autor

90

ΔH = H1 − H2

P1 +1

2ρv1

2 + ρgH1 = P2 +1

2ρv2

2 + ρgH2 (183)

ΔP =1

2ρΔv2 + ρgΔH (184)

ΔP =1

2(0,734)(5,378)2 + (0,734)(9,81)(0,192) (185)

PT = 11,997 [Pa] (186)

PT = 1,22 [mm. c. d. a] (187)

4.18.4 Cálculo de la velocidad de succión del ventilador. (SODECA, 2014). A la

entrada del ventilador la velocidad de succión del aire que absorbe está en función de los

parámetros como la densidad del material y el diámetro de la soya como nos indica la

Tabla 3:

Vs = 8,4 ∗s

s+1∗ d0,40 (188)

Vs = 8,4 ∗800 kg/m3

800 kg/m3+1∗ 7,180,40 (189)

Vs = 18,45 m/s (190)

Donde:

Vs=Velocidad de succión, m/s

s=Densidad del material

d=Diámetro promedio de la partícula mayor, mm

4.18.5 Cálculo del caudal de entrada al ventilador. El caudal de un ventilador, es la

masa de aire que este puede desplazar a través de un conducto en una unidad de tiempo,

se expresa en unidades de m3/h o en CFM (pies cúbico por minuto). El efecto del caudal

del aire varía según la velocidad y la forma de los álabes de un ventilador. A continuación

se determina el caudal que absorbe el ventilador.

91

Q1 = A1 ∗ Vs (191)

Se debe encontrar el área de la sección del ventilador de sección rectangular.

Figura 57. Ducto de descarga indicando el punto para la toma de presiones

Fuente: Autor

A1 = a ∗ b (192)

A1 = (150 ∗ 60)mm2 (193)

A1 = 0,009 m2 (194)

Además de esto se determina el diámetro nominal para un tubo rectangular con la

siguiente expresión matemática.

d1 =4A

P (195)

d1 =4∗0,009 m2

0,42 m (196)

d1 = 0,086 m (197)

El caudal a la entrada es:

Q1 = 0,009 m2 ∗ 18,45 m/s (198)

Q1 = 0,17 m3/s (199)

Resumiendo, tenemos a la entrada del ventilador los siguientes datos:

92

Tabla 32. Datos de entrada del ventilador

DATOS DE ENTRADA DEL VENTILADOR

Caudal (Q1), m3/s 0,17

Presión total (PT), mm.c.d.a 1,22

Velocidad entrada (Vs), m/s 18,45

Diámetro a la entrada (d1), m 0,086

Fuente: Autor

Donde:

Q1=Área de la semilla de soya

d1=Diámetro a la entrada del ventilador

A1=Área a la entrada del ventilador

PT=Presión total

Los ventiladores de álabes rectos se emplean para impulsar aire o gases sucios a

temperaturas elevadas debido a que tienen una facilidad para eliminar debido a la fuerza

centrífuga que generan. Generalmente se utilizan para transportar materiales granulares.

Además su diseño es muy sencillo con una potencia capaz de aumentar de forma continua

al aumentar su caudal y son resistentes mecánicamente, el rodete puede ser reparado con

facilidad para su limpieza. Para ventiladores con álabes rectos se tiene 90 donde el

aire ingresa de forma horizontal y se desplaza verticalmente por medio del rodete.

Figura 58. Representación de las aspas axiales del ventilador

Fuente: Autor

4.18.6 Velocidad tangencial ( 2u ) .El ventilador centrífugo axial tiene el siguiente

esquema del triángulo de velocidad, tanto a la entrada como a la salida de los álabes.

93

Figura 59. Triángulo de velocidades del ventilador axial

Fuente: Autor

La velocidad C2 representa la sumatoria vectorial de las velocidades u2, y w2, teniendo

en cuenta que la velocidad u2 es tangente al giro del rodete y w2 es la velocidad de

traslación del fluido tangente al álabe.

u2 =π∗D2∗n

60 (200)

u2 =π∗0,086∗3600

60 (201)

u2 = 16,2 m/s

4.18.7 Velocidad radial(𝐶2𝑢). La velocidad 2uC es una componente de la velocidad

relativa 𝐶2 sobre la velocidad u2.

Cu2 =4∗Q

π∗D22 (202)

Cu2 =4∗0,17 m3/s

π∗0,0862 (203)

Cu2 = 29,27 m/s

4.18.8 Velocidad radial al borde de entrada del alabe(𝑤2). Debido a que tenemos

álabes rectos 𝑤2 y 𝐶𝑢2 son iguales.

94

w2 = 29,27 m/s

4.18.9 Velocidad absoluta, (𝐶2).Se procede a calcular la velocidad absoluta con los

datos adquiridos. de 𝑤2 y 𝐶𝑢2.

C22 = u2

2 + w22 − 2u2w2cosβ2 (204)

C22 = (16,2 )2 + (29,27 )2 − 2(16,2)(29,27)cos90°

C2 = 33,45 m/s

4.18.10 Altura en metros por columna de aire del ventilador. Considerando los

términos anteriores.

Hu =u2Cu2

g (205)

Hu =16,2

m

s∗29,23 m/s

9,81 m/s2

Hu = 48,3 m de aire

A esta altura hay que sumar una altura de elevación del fluido de Helevación = 250 m

h = (48,3 + 250)m = 298,3 m de aire (206)

4.18.11 Potencia del motor. Con la altura encontrada se procede a determinar la

potencia útil que genera el ventilador.

Pútil = ρ. Q. g. h (207)

Pútil = (0,734kg

m3) (0,17m3

s) ∗ (9,81 m/s2)(298,3 m) (208)

Pútil = 365,15 w (209)

La potencia del motor viene acorde a la presión dinámica, estática del ventilador.

95

Donde:

Pútil=Potencia útil

=Densidad del aire

Q=Caudal

g=Gravedad

4.18.12 Diseño del tamaño de la voluta y aspas del ventilador. Con el diámetro de la

voluta por el espacio disponible de la estructura de la máquina es de 𝐷𝑣𝑜 = 290 𝑚𝑚

Figura 60. Involuta del ventilador

Fuente: Autor

Se asume el número de aspas o paletas en 𝑛𝑎 = 6. Aquellas están constituidas de acero

galvanizado de 3 mm de espesor con dimensiones de 75x85 mm. El eje en donde descansa

las aletas es de diámetro d=45 mm, a su vez conectado al eje principal de 1 pulgada.

Figura 61. Aspas axiales del ventilador

Fuente: Autor

96

El ancho de las aspas b2 = 75 mm

Se considera una eficiencia del ventilador entre 60% a 75%

ƞ = 0,65

4.18.13 Selección del motor eléctrico para el ventilador. La potencia suministrada en

el eje del ventilador 𝑃𝑒𝑗𝑒 se determina a través del rendimiento que genere.

Peje =365,15 w

0,65 (210)

Peje = 1 HP (211)

Donde:

Peje=Potencia requerida en el ventilador

=Rendimiento

En la siguiente figura se demuestra cómo se traslada el flujo del aire llevando consigo las

impurezas que produjo al pelar la cáscara de soya.

Figura 62. Trayectoria del flujo de la cáscara

Fuente: Autor

97

Tabla 33. Selección de motores WEG

Frecuencia Voltaje Polos

Potencia Momento

de

inercia

Tiempo

de rotor

bloqueado

Factor

de

servicio

Rotación

nominal

Eficiencia (%) Factor de potencia Corriente

nominal HP(cv) 50

% 75% 100% 50% 75% 100%

60Hz 220/440

V 2 100

0,00217

kgm2 6s 1,15

3500

rpm 55,0 63,0 67,0 0,56 0,67 0,75

6,69/3,35

A

60Hz 230 V 2 100 0,00217

kgm2 6s 1,15

3500

rpm 55,0 63,0 67,0 0,56 0,67 0,75 6,40 A

60Hz 230/460V 2 100 0,00217

kgm2 6s 1,15

3500

rpm 55,0 63,0 67,0 0,56 0,67 0,75

6,40/3,20

A

60Hz 240/480V 2 100 0,00217

kgm2 6s 1,15

3500

rpm 55,0 63,0 67,0 0,56 0,67 0,75

6,13/3,07

A

60Hz 500V 2 100 0,00217

kgm2 6s 1,15

3500

rpm 55,0 63,0 67,0 0,56 0,67 0,75 2,94 A

60Hz 525V 2 100 0,00217

kgm2 6s 1,15

3500

rpm 55,0 63,0 67,0 0,56 0,67 0,75 2,80 A

60Hz 575V 2 100 0,00217

kgm2 6s 1,15

3500

rpm 55,0 63,0 67,0 0,56 0,67 0,75 2,56 A

60Hz 220/440V 4 100 0,00564

kgm2 6s 1,15

1750

rpm 57,0 64,0 69,0 0,44 0,54 0,63

7,50/3,75

A

60Hz 230V 4 100 0,00564

kgm2 6s 1,15

1750

rpm 57,0 64,0 69,0 0,44 0,54 0,63 7,18 A

Fuente: (WEG, 2014)

Los motores WEG de fabricación brasileña, están diseñados para funcionar con dos voltajes, el primero de 110 [V] y el segundo a 220 [V],

equivalente a fase simple que posee dos líneas L1 y L2. La corriente del primer voltaje es de 14,20, con el segundo voltaje es de 7,10 amperios.

Hay que tener en cuenta que el motor trabaja a temperatura ambiental de 40 [°C] con una frecuencia de 60[Hz].

98

Figura 63. Motor eléctrico

Fuente: (WEG, 2014)

4.19 Análisis de cargas en la estructura principal

La bancada es la parte principal de la máquina, dónde descansa todas las cargas aplicadas

en el diseño. Debe cumplir un soporte suficiente, que tenga una resistencia adecuada para

los elementos de la máquina peladora de soya, además de cumplir el parámetro de la

estética.

La máquina de pelar soya está compuesto por siete sistemas, cada uno cumple una función

específica, y dentro de estos sistemas están cada uno de los elementos y piezas mecánicas

con sus respectivos pesos y cargas:

Tabla 34. Cargas aplicadas a la estructura principal

SISTEMA PESO DEL SISTEMA(Kg)

Sistema estructural 42,453

Sistema de molienda 22,71

Sistema de regulación 4,955

Sistema de descarga 11,003

Sistema de transmisión 5,76

Sistema de extracción de la cáscara 14,112

Sistema eléctrico 41,88

PESO TOTAL 142,873

Fuente: Autor

El análisis de elementos finitos (FEA, por sus siglas en inglés) es una técnica que brinda

los software del dibujo CAD, dando un análisis del comportamiento del elemento

99

mecánico en la vida real, considerando los parámetros y propiedades técnicas y mecánicas

de las mismas.

Hay que tomar en cuenta un factor de incremento de los pesos de algunos elementos que

se nos haya olvidado por ejemplo una turca, perno, remache, con la siguiente expresión.

Pestr

Pestr+Ptot=

1

f (213)

28 kg

28 kg+142.873=

1

f (214)

f = 6,102

Donde:

Pestr=Peso de la estructura

Ptot=Peso total de elementos

f=Factor de seguridad

Figura 64. Base estructural de la máquina peladora de soya

Fuente: Autor

La estructura está construida con tubo cuadrado de acero estructural ASTM A-500, de

igual modo para la base del motor de 3 [HP], está construida con ángulos en L de las

siguientes medidas L40x40x3, de acero ASTM A-36. La base para el motor de 1 HP es

una placa de acero laminado al frío SAE 1010.

100

Con la ayuda del software SAP 2000 v17, se procede a analizar las cargas que se aplican

en la estructura.

Figura 65. Cargas aplicadas en la estructura principal

Fuente: Autor

Como resultado del análisis de esfuerzos, se puede concluir que la estructura soporta

adecuadamente las cargas aplicadas en ellas, dando valores del razón de esfuerzo entre

0,5 a 0,7%.

Figura 66. Razones de esfuerzo en la estructura principal

Fuente: Autor

101

CAPÍTULO V

5. CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE LA MÁQUINA.

5.1 Equipos y máquinas utilizados en la construcción.

Para el proceso de construcción, montaje e instalación de la máquina peladora de soya,

es necesario utilizar ciertos materiales, equipos y herramientas que estén al alcance en

nuestro medio. La lista de equipos que se utilizará para la construcción es la siguiente:

Torno

Soldadora eléctrica

Taladro de mano

Moladora

Prensa de banco

Cuchillas para tornear

Dobladora de tol

Suelda oxiacetilénica

Entenalla

Flexo metro

Limas

Brocas

Calibrador pie de rey

Llaves

Destornilladores

Arco de sierra

Escuadra

Machuelos

5.2 Procedimiento de la construcción.

En la tabla 37 se muestra las partes constitutivas de la máquina peladora de soya, sus

elementos y el material del cual se constituye cada uno de ellos.

102

Tabla 35. Partes constructivas de la máquina

SISTEMA ELEMENTO CANT MATERIAL PESO(kg)

Sistema

Estructu

ral

Estructura 1 Acero estructural ASTM A36

Placa superior 1 Acero inoxidable AISI 304L 8,61

Chapa frontal 2 Acero inoxidable AISI 304L 6,76

Chapa lateral derecho 1 Acero inoxidable AISI 304L 5,2

Chapa lateral izquierdo 1 Acero inoxidable AISI 304L 6,364

Chapa posterior 2 Acero inoxidable AISI 304L 8,675

Plancha de base para motor 1 Acero estructural ASTM A36 6,844

Sistema

de

Moliend

a

Plato de soporte para caída de granos con d=320 mm 1 Acero inoxidable AISI 304L 2,72

Soporte con buje para la piedra inferior 1 Acero estructural ASTM A36 3,82

Perno 7/16 in 3 Rc 7/16 INEN 509

Piedra superior de molienda 1 Piedras de pedernal con

cerámica 6,44

Piedra inferior de molienda 1 Piedras de pedernal con

cerámica 6,63

Eje de transmisión 1 Acero AISI 4140 3,1

Sistema

de

regulaci

ón

Buje interior de regulación del eje 1 Acero AISI 1018 0,386

Buje para soporte del rodamiento 1 Acero AISI 1018 2,87

Varilla de ½ in roscada en un extremo 1 Acero AISI 1018 0,69

Volante con rosca de ½ in 1 Acero AISI 1018 0,22

Barra rectangular de 440x36x7mm 1 Acero estructural ASTM A36 0,789

Perno con arandela M10x1,25 2 DIN 965

Sistema

de

descarga

Pernos 3/16in 4 Rc 3/16 INEN 509

Tolva 1 Acero AISI 1018 2,96

Plato de descarga desde la tolva 1 Acero inoxidable AISI 304L 0,253

Soporte estructural de la tolva 1 Acero estructural ASTM A36 1,04

Ducto de descarga principal 1 Acero inoxidable AISI 304L 6,75

Sistema

de

transmis

ión

Polea conducida de 14 in de diámetro 1 Aluminio A329 3,59

Polea conducida de 4 in de diámetro 1 Aluminio A329 0,215

Polea motriz de 2 ½ in de diámetro 1 Aluminio A329 0,415

Polea motriz de 2 in de diámetro 1 Aluminio A329 0,138

Banda trapezoidal A-53 2 Normalizado 0,453

Banda trapezoidal A-28 1 Normalizado 0,453

Rodamiento de bolas 3 Normalizado 0,196

Chumacera 1 Normalizado 0,3

Sistema

de

extracci

ón de la

cáscara

Ducto de salida de la cáscara 1 Acero inoxidable AISI 304L 4,59

Álabes 1 Acero galvanizado 1,89

Plato del soporte de los álabes 1 Planchas de acero inoxidable 1,59

Buje de los álabes 1 Acero AISI 4140 0,417

Buje para soportes de los rodamientos 1 Acero AISI 4140 0,604

Rodamientos 1 Normalizado 0,726

Envolvente del rotor 1 Acero A36 3,58

Eje del rotor 1 Acero AISI 4140 0,715

Sistema

eléctrico

Motor eléctrico monofásico 3 Hp 1 Normalizado 20

Motor eléctrico monofásico 1Hp 1 Normalizado 10

Gabinete 30x30x20cm 1 Tol galvanizado 7,35

Cable concéntrico 3x8 CL 6 Normalizado

Cable concéntrico 3x10 CL 4 Normalizado

Relé térmico diferencial 2 Normalizado

Contactor serie 110 V 2 Normalizado

Luz piloto LED 6 Normalizado

103

Pulsadores 22mm 4 Normalizado

Breaker 32 A 2 Normalizado

Cable flexible Automotriz 10 Normalizado

Contacaux AU-100 1 Normalizado 4,53

Fuente: Autor

5.3 Flujograma de construcción de la máquina peladora de soya.

A continuación se representa los pasos a seguir para la construcción de las partes de la

máquina mediante un flujo grama tomando en cuenta los tiempos.

5.3.1 Flujograma del sistema estructural. Consta la construcción de base estructural,

la placa superior donde descansa la tolva, el doblado de las chapas frontal, lateral y la

base para el motor de 1 Hp.

Figura 67. Flujograma del sistema estructural

Estructura

Placa

superior

Chapa frontal

Chapa lateral

derecho

Chapa lateral

izquierdo

Chapa

posterior

Plancha de

base para el

motor de 1

Hp

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

11 12 13 14 15

18 19 20 21 22

16 17

23

24 25 26 27 28 29 30

31 32 33 34 35 36 37

38 39 40 41 42

Sistema

estructural

A Fuente: Autor

5.3.2 Flujograma del sistema de molienda. Es la parte medular de la máquina, donde

se deposita los granos que caen al no poder ser expulsado por el ducto principal; consta

en la construcción del recolector del producto que soporta la piedra inferior.

104

Figura 68. Flujograma del sistema de molienda

Soporte con

buje para la

piedra inferior

Eje de

transmisión

49 50 51 52 53 54 55

56 57 58 59

Sistema de

molienda

B

Recolector de

producto

d=320mm

43 44 45 46 47 48

Fuente: Autor

5.3.3 Flujograma del sistema de regulación. Es el sistema que regula la abertura de

la piedra, realizando un movimiento vertical del eje de transmisión.

Figura 69. Flujograma del sistema de regulación

Buje interior

de regulación

del eje

Buje de

soporte de

rodamiento

Varilla de ½

in roscada en

el exteremo

Volante con

rosca de ½ in

Barra

rectangular

de 440x36/7

60 61 62 63 64

66 67 68 69 70

73 74 75 76 77

78 79 80 81 82 83

85 86 87 88 89

Sistema de

regulación

C

65

71 72

84

Fuente: Autor

5.3.4 Flujograma del sistema de descarga. Consta de la tolva principal, la base

estructural de la tolva, el plato de descarga desde la tolva y el ducto principal por dónde

se desplaza la soya hasta ser absorbido por el ventilador.

105

Figura 70. Flujograma del sistema de descarga

Tolva

Plato de

descarga

desde la tolva

Soporte

estructural

del plato de

descarga

Ducto de

descarga

principal

90 91 92 93 94

96 97 98 99 100

102 103 104 105 106

108 109 110 111 115 116

Sistema de

descarga

D

95

101

117

107

Fuente: Autor

5.3.5 Flujograma del sistema de transmisión. Consta de los elementos que generan

los movimientos de rotación; muchas de estos elementos se selecciona de catálogos.

Figura 71. Flujograma del sistema de transmisión Polea

conducida

d=14 in

Polea

conducida

d=4 in

Polea motriz

d=2 ½ in

Polea motriz

d=2 in

Bandas

trapezoidales

A-53

Banda

trapezoidal

A-28

Rodamiento

de bolas

118 119 120 121

122 123 124 125

126 127 128 129

130 131 132 133

134

135

136 137

Sistema de

transmisión

E

Chumacera 138 139

Fuente: Autor

5.3.6 Flujograma del sistema de extracción de la cáscara. Se refiere a todo el sistema

de ventilación que facilita la extracción de la cáscara y otros sedimentos.

106

Figura 72. Flujograma del sistema de extracción de la cáscara Ducto de

salida de la

cáscara

Álabes

Plato de

soporte de los

álabes

Buje de los

álabes

Buje para

soporte de los

rodamientos

Rodamientos

Envolvente

del rotor

140 141 142 143 144

146 147 148 149

150 151 152 153

154 155 156 157 158 159

160 161 162 163

164 165

166 167 168 169 170

Sistema de

extracción de

la cáscara

F

Eje del rotor 173 174 175 176

145

171 172

Fuente: Autor

5.3.7 Flujograma del sistema eléctrico. Se selecciona tanto los motores, así como los

elementos que protegen.

Figura 73. Flujograma del sistema eléctrico

Fuente: Autor

107

5.4 Tiempo de operaciones en la construcción y montaje de la máquina.

En la siguiente tabla se muestra las partes constitutivas de la máquina peladora de soya,

sus elementos, material del cual se constituye con los tiempos que toma la adquisición de

la misma.

Tabla 36. Tiempo de construcción de la máquina N°

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

Chapa posterior

Chapa frontal

ELEMENTOS

Soldado

Trazado

Corte

Pulido

Taladrado

Montaje

OPERACIONES

Montaje

Chapa lateral derecho

Chapa lateral izquierdo

TIEMPO (h)

Estructura

Toma de medidas

Corte

Pre soldado

Escuadrado

Trazado

Cizallado

Pulido

0,5

1

0,75

0,75

0,5

0,1

0,5

1

1

3

2

1

3

0,5

0,5

Trazado

Corte

Rebordeado

Trazado

Trazado

Cizallado

Pulido

Taladrado

Montaje

Rebordeado

Taladrado

Doblado

Doblado

SIS

TE

MA

ES

TR

UC

TU

RA

L

0,1

1

0,5

0,5

Placa Superior

Cizallado

Pulido

Taladrado

Montaje

0,5

0,1

0,5

1

0,75

0,5

0,5

0,5

0,5

0,1

0,5

0,1

Pulido 0,1

Taladrado 1

Montaje 1

0,5

Plancha de base para

motor de 1 Hp

0,5

Doblado 0,5

Rebordeado 0,5

Trazado 0,75

Cizallado

Doblado

Rebordeado

Pulido

Taladrado

0,5

0,5

Fuente: Autor

108

Tabla 37. Tiempos de construcción de la máquina (continuación)

N°

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

SIS

TE

MA

DE

RE

GU

LA

CIÓ

NS

IST

EM

A D

E M

OL

IEN

DA

Varilla de 1/2in roscada

en un extremo

Volante con rosca de 1/2

in

Barra rectangular de

440x36x7mm

Soporte con buje para la

piedra inferior

Eje de transmisión

Buje interior de

regulación del eje

Buje para soporte del

rodamiento

Trazado 0,5

Corte 0,5

Pulido 0,5

Montaje 1

Trazado 1

Corte 1 0,5

Taladrado 0,5

Taladrado 0,5

Montaje 0,5

Refrentado 1

Soldado 0,5

Torneado 1

Pulido 0,1

0,5

Corte de un tubo 0,1

Torneado de extremos 0,5

Soldado 0,25

Trazado 0,1

Cilindrado 1

Tolerancia 0,75

Montaje (Rodamientos) 0,5

Cilindrado interno 1

Soldado 0,5

Montaje 0,5

Pulido 0,5

Montaje 0,25

Refrentado 0,5

Cilindrado externo 1

Roscado (Terraja) 1

Tolerancia 0,75

Montaje 0,25

Trazado 0,1

Corte 0,1

Roscado 2

Pulido 0,1

Trazado 0,5

Cilindrado 1,5

Desbastado 1

Plato de soporte para la

caida de granos con

d=320mm

Pulido 0,1

Tolerancia 0,75

Perforado 0,5

Pulido 0,1

Montaje 0,1

Montaje 0,1

Trazado 0,25

Corte 0,25

Perforado 0,25

Corte 2

ELEMENTOS OPERACIONES TIEMPO (h)

Fuente: Autor

109

Tabla 38. Tiempos de construcción de la máquina (continuación) N°

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

Trazado 1

0,5

0,5

0,25

0,1

0,1

Trazado

Corte

Soldado

Perforado

Montaje 0,1

Corte 0,5

Doblado 0,5

Soldado 0,5

0,5

Plato de descarga desde

la tolva

Ducto de descarga

principal

Pulido

Montaje

Perforado 0,5

Remachado (chapa 1 y 2 ) 0,5

Pulido 0,2

Corte chapa 2 0,5

Doblado chapa 1 0,5

Doblado chapa 2 0,5

Trazado chapa 1 1

Trazado chapa 2 1

Corte chapa 1 0,5

Pulido 0,1

Montaje 0,1

Perforado central (Torno) 1

Perforado para el perno de 0,25

Machuelado del agujero d= 3/8in 0,5

Montaje 0,2

0,5

Machuelado del agujero d= 8mm 0,5

Montaje 0,1



0,75

Soldado 1

Corte 0,5

Doblado 1

Montaje 0,1

Machuelado del agujero d= 8mm 0,5

Montaje 0,1



Montaje 0,1



Machuelado del agujero d= 3/8in

Chumacera

SIS

TE

MA

DE

TR

AN

SM

ISIÓ

NS

IST

EM

A D

E D

ES

CA

RG

A

Soporte estructural del

plato de descarga

Polea conducida de 14 in

de diámetro

Polea conducida de 4 in

de diámetro

Polea motriz de 2 1/2 in

de diámetro

Polea motriz de 2 in de

diámetro

Banda trapezoidal A-53

Banda trapezoidal A-28

Rodamiento de bolas

Tolva


Montaje de la chumacera 0,25

Lubricación 0,1

Montaje del rodamiento 0,25

Lubricación 0,1

Montaje 0,1

Pulido 0,5

Montaje 0,5

Trazado

Fuente: Autor

110

Tabla 39. Tiempos de construcción de la máquina (continuación) N°

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

Montaje 0,1

Trazado (chapa metálica) 0,5

Corte 0,5

Montaje 0,1

Doblado 0,5

Soldado

Pulido 0,1

1,5

Montaje 0,5

Refrentado 0,2

Cilindrado externo 0,5

Cilindrado interno 0,5

Lubricación

Machuelado

0,25

0,25

Trazado 0,5

Cilindrado (diámetro interior) 0,5

0,1

Cilindrado 1

Tolerancia 0,75

Montaje (Rodamientos) 0,5

Soldado 0,5

Montaje 0,1

Refrentado 1

Taladrado

Pulido 0,1

Soldado

Pulido

Montaje

0,1

0,1

0,25

Refrentado

Trazado 1

Corte

Montaje de dos rodamientos 0,25

Buje de los álabes

0,2

Cilindrado (externo) 0,5

Cilindrado (interno) 0,5

Trazado

Torneado

Perforado

Pulido

0,5

0,5

0,25

0,1

0,5

Ducto de salida de la

cáscara

Álabes

Plato de soporte de los

álabes

1

Pulido

Montaje 0,5

Montaje 0,5

Motor electrico 3 Hp

Motor electrico 1 Hp

Montaje 0,1Gabinete 30x30x20

Cable concéntrico 3x8

Montaje 0,5

Montaje 0,5

Taladrado 0,25

Montaje 0,1

Montaje 0,1

Montaje 1,5

Montaje 0,25

Montaje 0,25

SIS

TE

MA

EL

ÉC

TR

ICO

SIS

TE

MA

DE

LA

EX

TR

AC

CIÓ

N D

E L

A C

ÁS

CA

RA

Cable concéntrico 3x10

Relé termico diferencial

Contactor serie

Luz piloto

Pulsador

Breaker

Buje para soportes de los

rodamientos

Rodamiento

Envolvente del rotor

Eje del rotor


Fuente: Autor

5.5 Montaje de la máquina peladora de soya.

El montaje para cada uno de los sistemas del equipo durante la construcción es llevado

de acuerdo a una tabla de tiempos, como se muestra a continuación:

111

5.5.1 Montaje del sistema estructural Se refiere al montaje de cada uno de las piezas

del sistema estructural.

Tabla 40. Montaje del sistema estructural

MONTAJE DEL SISTEMA ESTRUCTURAL

OPERACIÓN SÍMBOLO TIEMPO(horas)

Adquisición y traslado de elemento al

lugar de trabajo M1 2

Montaje de la estructura M2 8

Montaje de la placa superior M3 0,5

Montaje de la chapa frontal M4 0,5

Montaje de la chapa lateral derecho M5 0,5

Montaje de la chapa lateral izquierdo M6 0,5

Montaje de la chapa posterior M7 0,5

Montaje de la base para el motor 1 Hp M8 0,5

SUBTOTAL 13

Fuente: Autor

5.5.2 Montaje del sistema de molienda. Es el montaje de cada uno de las partes de

tiene la máquina para descascarar la soya.

Tabla 41. Montaje del sistema de molienda

MONTAJE DEL SISTEMA DE MOLIENDA


Montaje del plato de soporte para la caída de

granos con d=320mm M9 1

Montaje del soporte con buje para la piedra inferior M10 0,5

Montaje del eje de transmisión M11 0,5

SUBTOTAL 2

Fuente: Autor

5.5.3 Montaje del sistema de regulación. Una vez construido los elementos del

sistema de regulación por medio de operaciones de maquinado en el torno, taladradora y

demás, se procede a colocarlos en los sitios correspondiente.

Tabla 42. Montaje del sistema de regulación

MONTAJE DEL SISTEMA DE REGULACIÓN


Montaje del buje interior de

regulación del eje M12 0,25

Montaje del buje para el soporte del

rodamiento M13 0,5

Ajuste de la varilla de ½ in roscada

en un extremo M14 0,25

112

Ajuste del volante con rosca de ½ in M15 0,1

Montaje de la barra rectangular de

440x36x7mm M16 0,1

SUBTOTAL: 1,2

Fuente: Autor

5.5.4 Montaje del sistema de descarga. Se refiere al montaje de la tolva, platos de

descarga por medio de pernos y otros elementos de sujeción.

Tabla 43. Montaje del sistema de descarga

MONTAJE DEL SISTEMA DE DESCARGA

OPERACIÓN SÍMBOLO TIEMPO(hora)

Montaje de la tolva M17 0,5

Montaje del plato de descarga desde la tolva M18 0,1

Montaje del soporte estructural del plato de

descarga M19 0,1

Montaje del ducto de descarga principal M20 0,2

SUBTOTAL. 0,9

Fuente: Autor

5.5.5 Montaje del sistema de transmisión. Estos sistemas consta en la colocación de

las poleas con ajuste apretado en los respectivos ejes.

Tabla 44. Montaje del sistema de transmisión

MONTAJE DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN


Montaje de la polea conducida de 14 in de

diámetro M21 0,1

Montaje de la polea conducida de 4 in de

diámetro M22 0,1

Montaje de la polea motriz de 2 ½ in de

diámetro M23 0,1

Montaje de la polea motriz de 2 in de diámetro M24 0,1

Montaje de la banda trapezoidal A-53 M25 0,1

Montaje de la banda trapezoidal A-28 M26 0,1

Montaje del rodamiento de bolas M27 0,25

Montaje de la chumacera M28 0,25

SUBTOTAL: 1,1

Fuente: Autor

5.5.6 Montaje del sistema de extracción de la cáscara. Toma en cuenta el desarrollo

del montaje de los ductos y el ventilador con sus componentes.

113

Tabla 45. Montaje del sistema de extracción de la cáscara

MONTAJE DEL SISTEMA DE LA EXTRACCIÓN DE LA CÁSCARA


Montaje del ducto de salida de la cáscara M29 0,1

Montaje de álabes M30 0,5

Montaje del plato de soporte de los álabes M31 0,2

Montaje del buje de los álabes M32 0,25

Montaje del buje para soportes de los

rodamientos M33 0,1

Montaje del rodamiento M34 0,25

Montaje del envolvente del rotor M35 0,1

Montaje del eje del rotor M36 0,5

SUBTOTAL: 2

Fuente: Autor

5.5.7 Montaje del sistema eléctrico. Colocar los motores en los sitios que le

corresponde para su funcionamiento y su colocación del tablero de mando.

Tabla 46. Montaje del sistema eléctrico

MONTAJE DEL SISTEMA ELÉCTRICO


Montaje del motor eléctrico 3 Hp M37 0,5

Montaje del motor eléctrico 1 Hp M38 0,5

Montaje del gabinete 30x30x20 M39 0,1

Montaje del cable concéntrico 3x8 M40 0,5

Montaje del cable concéntrico 3x10 M41 0,5

Montaje del relé térmico diferencial M42 1,5

Montaje del contactor serie M43 0,25

Montaje de las luces piloto M44 0,25

Montaje del pulsador M45 0,1

Montaje del breaker M46 0,1

SUBTOTAL: 4,3

Fuente: Autor

Al sumar todo estos tiempos que ha llevado el montaje de equipo, se estima un tiempo de

24,5 horas.

Tabla 47. Tiempo total de construcción

PROCESO TIEMPO(horas) TIEMPO (días lab.)

Tiempo de construcción 98,8 12,35

Tiempo de montaje 24,5 3,0625

Tiempo total de

construcción 123,3 15,4125

Fuente: Autor

114

5.6 Flujograma del montaje de la máquina peladora de soya.

Se toma en cuenta el armado de toda la máquina desglosado anteriormente para estimar

el total del tiempo que llevo sin tomar en cuenta el pintado final del equipo.

Figura 74. Flujograma del montaje de la máquina

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8A

M9 M10B M11

M12 M13C M14 M15 M16

M17 M18D M19 M20

M21 M22E M23 M24 M25 M26 M27 M28

M29 M30F M31 M32 M33 M34 M35 M36

M37 M38G M39 M40 M41 M42 M43 M44 M45 M46

Final

Fuente: Autor

El flujo grama de la figura 75 muestra las operaciones de montaje paso a paso, además

de la secuencia, se toma en cuenta el tiempo de montaje que es de 24,5 horas, añadiendo

a esto el tiempo utilizado en la fabricación de distintos elementos que es de 98.8 horas.

Si sumamos, se obtiene un total de 123.3 horas, equivalente a 15 días de jornada laborable.

5.7 Flujograma del sistema eléctrico.

El sistema eléctrico consta de dos motores eléctricos, tanto para el sistema de molienda

como para el sistema de extracción de la cáscara de 3 HP y 1 HP respectivamente. Cada

uno de los motores están conectados independientemente, evitando así cuando se

deteriore unos de estos motores el otro seguirá funcionando normalmente. Además cuenta

con tres luces piloto, dando a conocer cuando está en funcionamiento (verde), cuando

está cargado eléctricamente (rojo) y cuando está en una emergencia (amarillo).

115

La simbología está basadas según la norma IEC 1082-1 (IEC 1082-1 , 2014) que define

los símbolos y reglas para el sistema eléctrico evitando así la confusión en la instalación

y mantenimiento de la máquina. El sistema del circuito de potencia consta eventualmente

de un disyuntor o Breaker (Q1y Q2), de dos contactores (KM1 y KM2) conectado a un

relé térmico (F1 y F2) con sus respectivos motores.

Figura 75. Circuito de potencia

Fuente: Autor

Figura 76. Circuito de mando

Fuente: Autor

116

CAPÍTULO VI

6. MANUAL DE MANTENIMIENTO Y ANÁLISIS DE COSTOS

6.1 Mantenimiento de la máquina peladora de soya

Realizar de forma periódica el mantenimiento de una máquina, hay que tener un plan de

mantenimiento antes de que sea necesaria una reparación para prever los problemas y

corregir en el momento oportuno.

En la siguiente tabla se muestra los tiempos en las cuales deben ser revisados por el

operador para realizar cualquier mantenimiento a las partes de la máquina. Todo equipo

o máquina nueva fabricada se va deteriorándose con el tiempo debido al uso prolongado

para cualquier proceso de elaboración de productos, razón por la cual el fabricante debe

dar algunas recomendaciones para el correcto mantenimiento que el operador vaya a

realizar.

Tabla 48. Pruebas en el sistema de recuperación de energía

HO

RA

S D

E

TR

AB

AJO

SIS

T.

ES

TR

UC

TU

R

AL

S

IST

. D

E

MO

LIE

ND

A

SIS

T.

DE

RE

GU

LA

CIÓ

N

SIS

T.

DE

DE

SC

AR

GA

SIS

T D

E

TR

AN

SM

ISIÓ

N

SIS

T.

DE

EX

TR

AC

CIÓ

N D

E L

A

CÁ

SC

AR

A

SIS

T.

EL

ÉC

TR

ICO

OBSERVACIONES

6(D)

X Limpieza del ducto principal de descarga

X Limpieza de las piedras superior e inferior de

los sedimentos

162

(M)

X X Cambiar las bandas trapezoidal A-53

X Revisar el correcto funcionamiento del

contactor

X X Chequeo de alineamiento del eje de

transmisión principal

X X Revisar el ajuste de pernos y tornillos

X X Revisión de anomalías en los rodamientos

486(T)

X Revisar el correcto funcionamiento del relé

térmico diferencial

X Aplicar lubricante TRINCO 100 en los

rodamientos

X Picar las caras de las piedras para que exista

mayor fuerza de fricción

2184

(A)

X Cambiar rodamientos

X Revisar el funcionamiento del ventilador

centrífugo

X Chequeo de las bisagras de la placa base

porta motor de 1 Hp

X Revisión de las partes soldadas de la

estructura metálica

Fuente: Autor

117

6.2 Análisis de costos.

El punto de vista que más se utiliza hoy día es el concepto del valor en tiempo del dinero

neto a cualquiera de alguna inversión propuesta llámese a esto la fabricación de un

producto como lo es la máquina peladora de soya.

Para el análisis de costos de la maquina peladora de soya primero se dividió en los

diferentes sistemas de construcción y con la ayuda del software excel se procede a

desplegar detalladamente. En caso de tener una línea de producción de estos equipos, los

costos se analizan tales como de producción, comercialización, de administración y los

de financiación; para nuestro caso es importante determinar los costos según su

asignación tales como costos directos e indirectos.

6.2.1 Costos directos. Los costos directos son aquellos que intervienen directamente

en la construcción de la maquina peladora de soya como son materiales, mano de obra,

equipos, herramientas y transporte.

6.2.2 Costo de materiales. Los materiales utilizados en se adquieren en los

almacenes dedicados a ofrecer productos de construcción tomando en cuenta los costos

económicos y calidad del producto de acuerdo a las especificaciones de las normas para

los aceros.

Tabla 49.Costo de materiales

ELEMENTOS UNID PRECIO

UNITARIO CANT. SUBTOTAL

Tubo cuadrado 1 ½ “x2mm (Estructura) U 20,62 2 41,24

Plancha de acero inoxidable 440 (2mm, placa

superior)

U 212,75 1 212,75

Chapa de acero inox AISI 304 (0,7mm) m2 17,83 1,677 29,90

Plancha ASTM A36, 110x230x3mm (Base

para motor)

m2 35 0,0242 0,85

Acero inox AISI 304 (1,5 mm) Soporte caída

de grano

m2 19,75 0,115 2,27

Plancha ASTM A36 200x200x3mm (soporte

piedra)

m2 36 0,0676 2,43

Perno 7/16 in U 0,6 3 1,8

Piedra superior de molienda U 175 1 175

Piedra inferior de molienda U 175 1 175

Eje de transmisión AISI 1018 1 ¼”x50 Kg 5,1 3,5 17,85

Tubo ASTM A53 2 ½ in (Buje interior

regulación del eje)

U 3,54 1 3,54

118

Tubo ASTM A53 3in (Buje soporte

rodamiento)

U 3,96 1 3,96

Varilla de ½ in roscada en un extremo U 5,5 1 5,5

Volante con rosca de ½ in U 20 1 20

Barra rectangular de 440x36x7mm U 5 1 5

Perno con arandela M10x1,25 U 0,8 2 1,6

Pernos 3/16in U 0,3 4 1,2

Acero inox AISI 304 (Tolva) m2 19,75 0,37 7,31

Acero inox AISI 304 (Plato descarga tolva) m2 19,75 0,031 0,61

Angulo ASTM A36 L 20x20x3mm

(Estructura plato descarga)

Kg 1,15 0,133 0,15

Acero inox AISI 304 (1,5mm) Ducto de

descarga principal

m2 19,75 0,404 7,98

Polea conducida de 14 in de diámetro U 10,5 1 10,5

Polea conducida de 4 in de diámetro U 3,75 1 3,75

Polea motriz de 2 ½ in de diámetro U 2 1 2

Polea motriz de 2 in de diámetro U 1,75 1 1,75

Banda trapezoidal A-53 U 17,25 2 24,5

Banda trapezoidal A-28 U 9 1 9

Rodamiento de bolas SKF U 15,75 3 47,25

Chumacera FAG U 5,5 1 5,5

Acero inox AISI 304 (Ducto salida cáscara) m2 19,75 0,293 5,79

Plancha galvanizada (Álabes) U 72 1 72

Plato del soporte de los álabes U 1 0

Buje de los álabes U 25 1 25

Buje para soportes de los rodamientos U 25 1 25

Rodamientos de bolas SKF U 15,75 1 15,75

Plancha ASTM A36 (Envolvente rotor) m2 35 0,178 6,23

Eje de transmisión AISI 1018 1”x80 de rotor Kg 5,1 0,091 0,464

Motor eléctrico monofásico 3 Hp U 294,64 1 294,64

Motor eléctrico monofásico 1 Hp U 125 1 125

Gabinete 30x30x20cm U 24,62 1 24,62

Cable concéntrico 3x8 CL U 3,54 6 21,24

Cable concéntrico 3x10 CL U 2,89 6 17,34

Relé térmico diferencial U 27,18 2 54,36

Contactor serie 110 V U 40,09 2 80,18

Luz piloto LED U 1,35 6 8,1

Pulsadores 22 mm U 1,87 4 7,48

Breaker 32 A U 7,76 2 15,52

Cable flexible Automotriz U 0,23 10 2,3

Contacaux AU-100 U 4,4 1 4,4

Electrodos AGA E6011 lb 1,82 2 3,64

Pliego de lija gruesa N° 36 U 1 1 1

Pintura anticorrosivo U 2,3 1 2,3

SUBTOTAL: 1642,55

Fuente: Autor

Ahora se debe considerar si es necesario establecer con respecto a variables dependiendo

de la actividad, productividad, o el nivel de producción en un periodo de tiempo definido,

ya que a largo plazo no hay costes fijos. Una vez analizado estos tópicos, el resultado de

la ganancia o pérdida en la venta de la máquina se considera.

119

6.2.3 Costos de mano de obra. Se refiere al costo que produce el personal que

construye el equipo, tomando en cuenta el tiempo y el salario de cada uno de las personas

de acuerdo la ley laboral.

Tabla 50. Costo de mano de obra

DESCRIPCIÓN CANT SALAR.

REAL/HORA HORAS SUBTOTAL

Ayudante II 2,10 4,00 8,40

Ayudante

mecánico II 2,10 3,55 7,46

Hojalatero III 2,25 11,82 26,60

Tornero IV 3,30 22,80 75,24

Soldador IV 3,30 9,36 30,89

Maestro

electricista IV 3,50 1,47 5,15

SUBTOTAL: 153,72

Fuente: Autor

6.2.4 Costos de equipos y herramientas. Todo equipo tiene su vida útil desde su

fabricación, razón por la cual genera un costo adicional directo durante la construcción

de la máquina.

Tabla 51. Pruebas en el sistema de recuperación de energía

DESCRIPCIÓN COSTO/HORA HORAS DE

EQUIPO SUBTOTAL

Soldadora eléctrica 2,94 2,85 8,38

Taladro manual 0,84 5,3 4,45

Taladro pedestal 1,68 1,3 2,18

Torno 10,50 21,6 226,80

Aceitera 0,80 0,25 0,20

Broca 0,80 0,5 0,40

Cizalladora 1,31 2,5 3,28

Cizalladora para acero inox 1,31 3,5 4,59

Dobladora de tol 1,26 1,87 2,36

Escuadra 0,80 1,5 1,20

Esmeril 1,16 1,5 1,74

Flexómetro 0,80 0,66 0,53

Herramientas para

electricistas

1,31 0,40 0,52

Machuelo 0,80 1,40 1,12

Moladora 1,16 0,40 0,46

Pulidora 1,31 0,95 1,24

Sierra manual 0,84 2,55 2,14

Compresor 1,50 1,5 2,25

Otros 1,31 2,1 2,75

SUBTOTAL: 266,59

Fuente: Autor

120

6.2.5 Costo por transporte de materiales. El costo por transporte es de 100 dólares

debido a que los materiales para la construcción de la maquina peladora de soya no fueron

tan fáciles de encontrar.

6.2.6 Costo total directo. Finalmente se obtiene la suma total de los gastos que

generan directamente en la construcción del equipo.

Tabla 52. Costos directos

PROCEDIMIENTO COSTOS TOTALES MATERIALES $1642,55

MANO DE OBRA $153,72

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS $266,59

TRANSPORTE $100,00

TOTAL: $2162,86

Fuente: Autor

6.2.7 Costos indirectos. Los costos indirectos son aquellos que intervienen los costos

ingenieriles, el cual tiene un agregado del 25% que está involucrado con la supervisión y

diseño de la maquina peladora de soya.

Tabla 53. Costos indirectos

COSTOS

INGENIERILES

CANTIDAD UNIDAD

PRECIO

UNITARIO($)

PRECIO

TOTAL

Supervisión 40 HORAS 5,096 203,84

Diseño 30 HORAS 5,096 152,88

TOTAL: 356,72

Fuente: Autor

Una vez analizado los costos de supervisión con el asesor de mi tesis

Tabla 54. Costo total indirecto

COSTOS PRECIO TOTAL

INGENIERILES 356,72

UTILIDAD 0

SUBTOTAL: 356,72

Fuente: Autor

6.3 Costos totales de producción.

Tabla 55. Costos totales de producción COSTOS DIRECTOS 2162,86

COSTOS INDIRECTOS 356,72

TOTAL ($) 2519,58

Fuente: Autor

121

CAPÍTULO VII

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1 Conclusiones

El mantenimiento de la máquina debe aplicarse a todas las partes móviles de los

elementos de la máquina, siguiendo los tiempos de duración mostrados en la tabla de

manual de mantenimiento.

El peso de máquina es aproximadamente de unos 135.5 kg (3 qq), lo cual es fácil para el

traslado del lugar entre cuatro.

Al comparar los costos entre la máquina peladora de soya construida, con los existentes

en el mercado, hay una diferencia de 30% de ahorro. Lo que justifica la producción más

económica en el país sin necesidad de importar de otros países.

Con la ayuda de software CAD (SolidWorks y ANSYS) se modelan los elementos

mecánicos en 3D y se analizan las deformaciones y esfuerzos de ruptura que puedan

causar si se aplica sobrecargas, de esta forma se disminuye los costos al momento de

construir dando una idea más clara al proyecto en construcción.

Se utilizó el software MATLAB para el análisis de la trayectoria de la soya sobre la

piedra.

El programa Working Model ayudó al cálculo de la velocidad de genera la piedra inferior

al momento de girar

7.2 Recomendaciones

La máquina debe estar instalado en un lugar seco, libre de polvos, abierto al medio

ambiente para evitar el ruido.

Las instalaciones eléctricas del lugar deben estas correctamente instaladas a 110 V, para

evitar cortocircuitos u otras anomalías.

122

Se recomienda utilizar lubricante TRICO 100 existentes en el mercado de grado 35.

Luego del uso la máquina limpiar adecuadamente todas las partes externas con una

brocha, para evitar oxidación de los mecanismos.

Colocar una protección que abarque toda la transmisión por correas del motor de 1 Hp.

Generalmente se recomienda calentar la soya para poder.

Colocar un ciclón en el ducto de salida para poder recoger la cáscara y el polvo.

BIBLIOGRAFÍA

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de café. Febrero de 2012.http://www.cenicafe.org/es/publications/lib37751.pdf. ISBN:

978-958-8490-11-3.

ENGSKO.2012.http://abulkhase.com/images/stories/Agricultural_Equipments/Farm_to

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OZTURK, H. y KIBAR T. 2008. Physical and mechanical properties of soybean.

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